일사조도

일조 강도는 측정기의 파장 범위에서 측정한 전자기 복사 형태로 태양으로부터 수신되는 단위 면적당 전력이다.일조 강도는 SI 단위로 평방미터당 와트(W/m²) 단위로 측정한다.일조 강도는 종종 주어진 시간 동안 주변 환경으로 방출되는 복사 에너지(평방미터 당² 줄, J/m)를 보고하기 위해 통합된다.이 통합된 일조 강도는 일조 조사, 일조 노출, 일조 불능 또는 일조 불능이라고 불린다.

일조 강도는 대기 흡수 및 산란 후 우주 또는 지구 표면에서 측정될 수 있다.우주에서의 일조 강도는 태양으로부터의 거리, 태양 주기 및 교차 주기 변화의 함수다.^[1]지구 표면의 일조도는 추가로 측정 표면의 기울기, 수평선 위의 태양의 높이, 대기 조건에 따라 달라진다.^[2]일조 강도는 식물 신진대사와 동물 행동에 영향을 미친다.^[3]

일조 강도의 연구와 측정은 태양열 발전소의 에너지 생성 예측, 건물의 냉난방 부하, 기후 모델링 및 날씨 예측을 포함한 몇 가지 중요한 응용 분야를 가지고 있다.

종류들

일조 강도에는 몇 가지 측정된 유형이 있다.

• 총 일조 강도(TSI)는 지구 상층 대기에서 발생하는 단위 면적당 모든 파장에 대한 태양력을 측정한 것이다.그것은 들어오는 햇빛에 수직으로 측정된다.^[2]태양 상수는 하나의 천문단위(AU)의 거리에서 평균 TSI의 일반적인 측정값이다.
• 직접 정상 방사조도(DNI) 또는 빔 방사선은 지표면 요소가 태양에 수직인 특정 위치에서 지구 표면에서 측정된다.^[5]확산 일사량(대기 구성 요소에 의해 산란되거나 반사되는 방사선)은 제외한다.직접 방사조도는 대기 위의 외계 방사조도에서 흡수 및 산란으로 인한 대기 손실을 뺀 것과 같다.손실은 하루 중 시간(태양각도에 따라 대기를 통과하는 빛의 길이), 구름 덮개, 수분 함량 및 기타 내용에 따라 달라진다.대기 위의 일조 강도 또한 (태양까지의 거리가 다르기 때문에) 년도에 따라 달라지지만, 이 영향은 일반적으로 DNI에 대한 손실의 효과에 비해 덜 중요하다.
• 확산 수평 방사조도(DHI) 또는 확산 스카이 방사선은 대기에 의해 산란된 빛으로부터 지구 표면의 방사선이다.그것은 수평 표면에서 측정되며, 원곡선 방사선(태양 원반에서 나오는 방사선)을 제외한 하늘의 모든 지점에서 방사선이 나온다.^[5][6]분위기가 없으면 DHI는 거의 없을 것이다.^[5]
• 지구 수평 방사조도(GHI)는 지구의 수평 표면에 있는 태양의 총 방사조도이다.직접 방사조도(태양 z의 태양 정점 각도를 고려한 후)와 확산 수평 방사조도의 합이다.^[7]

  ${\displaystyle {\text{G}HI}}={\text{DHI}+{\text{D.NI}\time \cos(z)}$

• GTI(Global Tilted Radiance, Global Trightency, GTI)는 정의된 틸트 및 방위각, 고정 또는 태양 추적 기능을 가진 표면에서 수신되는 총 방사선이다.GTI는 GHI, DNI, DHI에서 측정하거나^[6] 모델링할 수 있다.^[8][9][10]태양광 모듈은 고정형 또는 추적형 공사에 탑재되는 반면, 태양광 발전소는 흔히 참고가 된다.
• GNI(Global Normal Radiance, GNI)는 지표면 요소가 태양에 수직인 특정 위치에서 지구 표면에서 발생하는 태양으로부터의 총 방사조도다.

단위

일조 강도의 SI 단위는 제곱미터당 와트(W/m² = Wm⁻²)이다.

대체 측정 단위는 랭글리(평방 센티미터 당 열화학칼로리 1개 또는 41,840 J/m²)이다.

태양광 산업은 단위 시간당^{[citation needed]} 평방미터당 와트시간(Wh/m²)을 사용한다.따라서 SI 단위와의 관계는 다음과 같다.

1 kW/m² × (24 h/day) = (24 kWh/m²)/일

(24 kWh/m²)/일 × (365일/년) = (8760 kWh/m²)/년

대기 상층부의 조사

대기 상단의 태양 복사 분포는 지구의 극성 및 궤도 매개변수에 의해 결정된다.이는 회전하는 구체에 대한 일방향 빔 사고에 적용된다.수치적 기상 예측과 계절 및 기후 변화에 대한 이해에 있어 오만은 필수적이다.빙하기 적용은 밀란코비치 주기라고 알려져 있다.

분포는 구면 삼각법으로부터의 기본적 정체성에 기초한다. 코사인의 구면 법칙:

$[\displaystyle \cos(c)=\cos(a)\cos(b)+\sin(a)\sin(b)\cos(C)}$

여기서 a, b 및 c는 구면 삼각형의 측면의 호 길이(라디안)이다.C는 호 길이가 c인 옆면 반대편의 정점에 있는 각이다. 태양 정점각 calculation의 계산에 적용되며, 코사인의 구형 법칙에는 다음과 같은 사항이 적용된다.

$(\displaystyle C=h}$

$c=\displaystyle c=\세타 }$

${\displaystyle a={\tfrac {1}{1}:{2}}\pi -\pi }}$

${\displaystyle b={\tfrac {1}{1}{2}}\pi -\pi }}$

$#\displaystyle \cos(\theta )=\sin(\phi )\sin(\delta )+\cos(\delta )\cos(h)}$

이 방정식은 보다 일반적인 공식에서도 도출할 수 있다.^[11]

${\displaystyle {\begin{aligned}\cos(\Theta )=\sin(\phi )\sin(\delta )\cos(\beta )&+\sin(\delta )\cos(\phi )\sin(\beta )\cos(\gamma )+\cos(\phi )\cos(\delta )\cos(\beta )\cos(h)\\&-\cos(\delta )\sin(\phi )\sin(\beta )\cos(\gamma )\cos(h)-\cos(\delta )\sin(\beta )\sin(\gamma )\sin(h)\end{aligned}}}$

여기서 β는 수평으로부터의 각도, β는 방위각이다.

지구와 태양과의 분리는 R로_E 나타낼 수 있고 평균 거리는 R₀, 대략 1천문단위(AU)로 나타낼 수 있다.태양 상수는 S로₀ 표시된다.지구의 구에 접하지만 대기의 대부분을 상회하는 평면에 대한 태양 흐름 밀도(절연)는 다음과 같다.

${\displaystyle Q={\begin{case}S_{o}{\frac {R_{o}^{2}}:{R_{E}^{2}}:}}\cos(\Theta )&\cos(\Theta )0\\0&\cos(\Theta )\leq 0\cos(\leq 0\case}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}).$

하루 동안의 Q의 평균은 1회 회전 동안의 Q의 평균이거나, h = to에서 h = -π로 진행되는 시간각이다.

${\displaystyle {\overline{Q}^{\text{day}=-{\frac {1}{2\pi }}{\int_{\pi ^{-\pi }Q\,dh}}}$

Q가 양성이 되면 h를₀ 시간 각도로 한다.$\theta {\displaystyle \mathrm{}}$= 1 ${\displaystyle 2\frac{\mathrm{}}{}}$ ${\displaystyle \pi }$ ${\displaystyle \tfrac$ {$1}{2}}\pi$ $\}$일 때 또는 h에 대한₀ 해결책일 때 발생할 수 있다.

${\displaystyle \sin(\phi )\sin(\phi )+\cos(\phi )\cos(\cos)(\cos)(h_{o}=0\,}$

또는

${\displaystyle \cos(h_{o}=-\tan(\phi )\tan(\philities )}$

태닝(φ)탄(Δ) > 1이면 해가 지지 않고 이미 해가 h = π, 그러니까 h_o = π, so = π. 만약 태닝(φ)탄(tan)탄(Δ) < -1)이면 해가 뜨지 $않고{\displaystyle {\stackrel{}{}}^{}}$ Q의${\displaystyle {\stackrel{}{}}^{\text{날}}}$은${\displaystyle{Q}^{\day}}=0$

${\displaystyle \frac{{Ro}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{}_{}^{}}{{}_{}^{}}}$ ${\displaystyle \frac{E_{}^{}}{}}$ ${\displaystyle \frac{{\mathrm{}}_{}^{}}{}}$ ${\$ 하루 동안 거의$$ 일정하며, 적분 밖으로 가져갈 수 있다.

${\displaystyle{\begin{정렬}\int _{\pi}^{-\pi}Q\,dh&, =\int _{발음하는 oh_{}}^{발음하는 o-h_{}}Q\,dh\\&amp을 말한다.=S_{제일의 것이다}{\frac{R_{는 o}^{2}}{R_{E}^{2}}}\int _{발음하는 oh_{}}^{발음하는 o-h_{}}\cos(\Theta)\,dh\\&.=S_{제일의 것이다}{\frac{R_{는 o}^{2}}{R_{E}^{2}}}\left[h\sin(\phi)\sin(\delta)+\cos(\phi)\cos(\delta)\sin(h)\right]_{h=h_{는 o}}^{h=-h_{는 o}}\\&, =-2S_{제일의 것이다}{\frac{R_{는 o}^{2}}{R_{E}^{2}}}\left -LSB- h_{제일의 것이다}\sin(.\phi )\sin(\phi )+\cos(\phi )\cos(\phi )\cos(\cos)(\cos)(\sin)(h_{o}\right]\ended}}}}}}$

따라서 다음과 같다.

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

행성 궤도를 묘사하는 전통적인 극각으로 하자.춘분에 θ = 0으로 한다.궤도 위치의 함수로써의 선언 Δ는 다음과^[12][13] 같다.

$\displaystyle \cHB =\varepsilon \sin(\theta )}$

여기서 ε은 부교다.상피경도 ϖ은 춘분에 비례하여 정의되므로 타원궤도에 대해서는 다음과 같이 정의된다.

${\displaystyle R_{E}={\frac {R_{o}{1+e\cos(\theta -\varpi )}}}$

또는

${\displaystyle {\frac{R_{O}}{R_{E}}={1+e\cos(\theta -\varpi )}}}}}}}}$

ϖ, ε, e는 아스트로다이나믹 계산에서^[14], S는_o 관측이나 이론의 일치에서 얻은 지식으로, $Q{\displaystyle {\stackrel{}{}}^{\text{day}}}$의$$날 {\$displaystyle${\$overline{$Q}^{\$text{$day$}}}}$은 어떤 위도 φ과 θ에 대해서도 계산할 수 있다$$.타원궤도 때문에, 그리고 케플러의 제2법칙의 결과로서 θ은 시간에 따라 균일하게 진행되지 않는다.그럼에도 불구하고 θ = 0°는 정확히 춘분시, = = 90°는 하절시, θ = 180°는 추분시, θ = 270°는 정확히 동분시기다.

주어진 날의 일조 강도에 대한 단순화된 방정식은 다음과 같다.^[15]

${\displaystyle Q\ asks S_{0}\reft(1+0.034\cos \left(2\pi {\frac {n}{365).25}\오른쪽)\오른쪽)}$

여기서 n은 일년의 숫자다.

변형

총 일조 강도(TSI)^[16]는 퇴폐적이고 긴 시간 동안 서서히 변화한다.태양 주기 21 동안의 변동은 약 0.1%(피크 대 피크)이었다.^[17]이전의 재구성과는 대조적으로,^[18] 가장 최근의 TSI 재구성은 17세기 Maunder Minimum과 현재 사이의 약 0.05%에서 0.1% 증가에 그쳤다.^[19][20][21]자외선 방사조도(EUV)는 200~300nm 파장에 대해 태양광 맥시마에서 미니마까지 약 1.5% 차이가 난다.^[22]그러나 대리 연구는 마우더 최소값 이후 자외선이 3.0% 증가했다고 추정했다.^[23]

오만의 일부 변화는 태양열 변화 때문이 아니라 지구와 지구 사이의 이동 또는 방사선 위도 분포의 변화 때문이다.이러한 궤도 변화 또는 밀란코비치 주기는 장기간에 걸쳐 25%(로컬적으로, 전지구적 평균 변화는 훨씬 더 작다)의 광도 변화를 야기했다.가장 최근에 발생한 중요한 사건은 한여름 동안 홀로세 기후 최적 부근의 24°의 축 기울기였다.${\displaystyle {\mathrm{연간}}^{}}$ 특정 시간, 특정 위도에 대한$$ $Q{\displaystyle {\stackrel{}{}}^{\mathrm{d}}}$ ${\$의 시계열을 얻는 것은 밀란코비치 주기 이론에 유용한 응용 프로그램이다.예를 들어, 하지에서 Δ는 부계 ε과 같다.태양으로부터의 거리는

${\displaystyle {\frac {R_{O}}{R_{E}}=1+e\cos(\theta -\varpi )=1+e\cos({\frac {}{2}}-\varpi \right)=1+e\sin(\vpi )}$

이 하절기 계산에서 타원 궤도의 역할은 이심률이 클 때 65°N의 오행 변동을 지배하는 전처리 지수인 중요한 $제품{\displaystyle }$ e ${\displaystyle \sin }$ ${\displaystyle }$ ( ${\displaystyle )}$ ) ${\displaystyle e\sin(\varpi$ $)\}$에 전적으로 포함되어 있다.향후 10만 년 동안, 편심 편차가 상대적으로 작을 때, 부조화의 편차가 지배한다.

측정

우주 기반 TSI 기록은 10개 이상의 방사선계로부터 측정되고 세 번의 태양주기에 걸쳐진다.모든 최신 TSI 위성 기기는 능동적 충치 전기 대체 방사선 측정법을 사용한다.이 기법은 보정된 영역의 정밀 구경을 통과하는 입사광과 열 평형에서 흡수성 검게 된 캐비티를 유지하는 데 필요한 전기 난방을 측정한다.조리개는 셔터를 통해 조절된다.예상 변화는 세기 당 0.05–0.15 W/m² 범위에 있기 때문에 장기적인 일조 강도 변화를 감지하려면 <0.01%의 정확도 불확실성이 필요하다.^[24]

임시 교정

궤도에서 방사선량 교정은 공동의 태양열 저하, 히터의 전자 열 저하, 정밀 구간의 표면 열화, 열 배경을 바꾸는 표면 방출 및 온도 변화 등의 이유로 표류한다.이러한 교정에는 일관된 측정을 보존하기 위한 보상이 필요하다.^[24]

여러 가지 이유로 출처가 항상 일치하지는 않는다.The Solar Radiation and Climate Experiment/Total Irradiance Measurement (SORCE/TIM) TSI values are lower than prior measurements by the Earth Radiometer Budget Experiment (ERBE) on the Earth Radiation Budget Satellite (ERBS), VIRGO on the Solar Heliospheric Observatory (SoHO) and the ACRIM instruments on the Solar Maximum Mission (SMM), Upper AtmoSphere Research Satellite(UARS)와 ACRIMSAT. 발사 전 지상 교정은 당시 방사조도 표준이 충분한 절대 정확도가 부족했기 때문에 시스템 수준 측정보다는 구성 요소에 의존했다.^[24]

측정 안정성은 노출 의존성 저하 효과를 정량화하기 위해 다른 방사선계 빈도를 태양 복사 축적에 노출하는 것을 포함한다.그런 다음 최종 데이터에서 이러한 효과를 보상한다.관측 중복은 절대 오프셋과 계측기 드리프트의 유효성 확인에 대한 보정을 허용한다.^[24]

개별 관측치의 불확실성은 방사조도 변동성(~0.1%)을 초과한다.따라서 계측기 안정성과 측정 연속성은 실제 변동을 계산하는 데 의존한다.

장기 방사선계 표류는 잠재적으로 기후에 영향을 미치는 것으로 잘못 해석될 수 있는 방사조도 변화로 오인될 수 있다.예를 들어 1986년과 1996년 사이클 미니마 사이의 방사조도 증가 문제(모델이 아닌 ACRIM 복합체)와 2008년 최소 기간 동안 PMOD 복합체에서의 저조도 수준이 포함된다.

ACRIM I, ACRIM II, ACRIM III, VIRGO 및 TIM이 모두 중복된 충치로 인한 트랙 성능 저하에도 불구하고, 주목할 만하고 설명할 수 없는 차이는 일조 강도와 태양 흑점과 정면의 모델링된 영향에서 남아 있다.

지속적인 불일치

중복 관측치들 간의 불일치는 TSI 기록이 퇴폐적 시간 척도로 태양 변화를 식별하기에 충분히 안정적이지 않다는 것을 암시하는 미해결 표류를 나타낸다.ACRIM 복합체만 1986년과 1996년 사이에 일조 강도가 약 1W/m² 증가했음을 보여준다. 이러한 변화는 모델에도 없다.^[24]

기기 불일치를 해결하기 위한 권고안에는 지상 기기를 국립과학기술원(NIST)과 같은 실험실 참조와 비교함으로써 광학적 측정 정확도를 검증하고, NIST는 각 기기의 스페어를 사용하는 조리개 영역 보정을 검증하며, 회절 정확도를 적용하는 것이 포함된다.시야확장구로부터 이온.^[24]

ACRIM의 경우, NIST는 시야 제한 개구부로부터의 회절이 세 개의 ACRIM 기기에서는 설명되지 않은 0.13% 신호에 기여한다고 결정했다.이 보정은 보고된 ACRIM 값을 낮추어 ACRIM을 TIM에 가깝게 한다.ACRIM 및 TIM을 제외한 다른 모든 계측기의 경우, 계측기 내 깊숙한 곳에 개구부가 있으며, 전면에는 더 큰 시야 제한 개구부가 있다.이것은 가장자리 결함에 따라 충치 안으로 빛을 직접 산란시킬 수 있다.이 설계는 계측기 전면부에 측정하고자 하는 빛의 양의 2~3배를 허용하며, 완전히 흡수되거나 산란되지 않을 경우 이 추가 빛은 잘못 높은 신호를 발생시킨다.이와는 대조적으로, TIM의 디자인은 원하는 빛만 들어오도록 정밀 조리개를 전면에 배치한다.^[24]

다른 출처와의 차이점에는 태양-지구 거리와 거의 위상에 있는 ACRIM III 데이터의 연간 계통학 및 2008년 태양 최소치 동안 가장 뚜렷하게 나타난 SoHO 우주선 기동과 일치하는 VIRGO 데이터의 90일 스파이크가 포함될 수 있다.

TSI 방사선계 설비

TIM의 높은 절대 정확도는 기후변수를 측정할 수 있는 새로운 기회를 창출한다.TSI 방사선계 설비(TSI Radiometer Facility, TRF)는 광원이 제어되는 진공에서 작동하는 극저온 방사선계다.L-1 LASP(표준 및 기술)가 2008년에 완공된 이 시스템을 설계 및 구축했다.NIST 1차 광학 와트 방사선계에 대한 광전원에 대해 보정되었으며, 이는 NIST 복사 전력 스케일을 0.02%(1㎛)의 불확실성으로 유지하는 극저온 방사선계였다.2011년 현재 TRF는 태양열 발전 수준과 진공 조건에서 (광학력만이 아닌) 방사조도를 측정하는 태양 복사계의 발사 전 유효성 검사에 대해 원하는 <0.01% 불확실성>에 접근한 유일한 시설이다.^[24]

TRF는 기준 방사선계와 시험 대상 기기를 모두 고정되고 공간적으로 균일한 조명 빔을 포함하는 공통 진공 시스템으로 감싸고 있다.0.0031%(1㎛)로 보정된 면적이 있는 정밀구경은 빔의 측정 부분을 결정한다.시험 기기의 정밀도 개구부는 기준과 직접 비교하기 위해 광학적으로 빔을 변경하지 않고 동일한 위치에 배치된다.가변 빔 전원은 선형성 진단을 제공하고, 가변 빔 직경 진단은 서로 다른 기기 구성 요소에서 산란한다.^[24]

Glory/TIM 및 PICARD/PREMOS 비행 계측기 절대 눈금은 이제 광학적 출력과 일조 강도 모두에서 TRF로 추적 가능하다.그 결과 높은 정확도는 일조 강도 기록의 미래 간격의 결과를 감소시킨다.^[24]

TRF에^[24] 따른 차이

계기	일조도, 뷰 제한 조리개가 과하게 채워져 있다	일조도, 정밀도 조리개가 과하게 채워져 있다	귀속차이 오류를 흩뜨리다	측정 광학 전력 오류	잔류 방사조도 동의하다	불확실성
SORCE/TIM 접지	해당 없음	−0.037%	해당 없음	−0.037%	0.000%	0.032%
영광/TIM 비행	해당 없음	−0.012%	해당 없음	−0.029%	0.017%	0.020%
프리모스-1 접지	−0.005%	−0.104%	0.098%	−0.049%	−0.104%	∼0.038%
프리모스-3 비행	0.642%	0.605%	0.037%	0.631%	−0.026%	∼0.027%
VIRGO-2 접지	0.897%	0.743%	0.154%	0.730%	0.013%	∼0.025%

2011년 재평가

태양열을 대표하는 TSI의 가장 가능성이 높은 값은 1360.9±0.5W/m으로² 1990년대에 확립된 이전의 허용 값인 1365.4±1.3W/m보다² 낮다.새로운 값은 SORCE/TIM 및 방사선 측정 실험실 시험에서 나왔다.산란 광은 정밀 구경이 더 크고 시야가 제한된 구덩이 뒤에 위치하는 초기 위성에 의해 측정된 더 높은 방사조도 값의 주요 원인이다.TIM은 이 가짜 신호를 차단하는 정밀 구멍보다 작은 시야 제한 개구부를 사용한다.새로운 추정치는 태양열 생산량의 변화보다는 더 나은 측정치에서 나온 것이다.^[24]

SORCE/TIM 데이터에서 태양 흑점과 표면적 영향의 상대적 비율에 대한 회귀 모델 기반 분할은 관측된 분산의 92%를 차지하고 TIM의 안정성 대역 내에서 관측된 추세를 추적한다.이 합의는 TSI 변화가 주로 태양 표면 자기 활동에 기인한다는 추가적인 증거를 제공한다.^[24]

계측기의 부정확성은 지구의 에너지 균형을 결정하는 데 상당한 불확실성을 더한다.에너지 불균형은 다양한 방식으로 측정되었다(2005-2010년 심층 태양광에서 +0.58±0.15W/m²,^[25] +0.60±0.17W/m^2[26], +0.85W/m².공간 기반 측정에서 얻은 추정치는 +3-7 W/m이다². SORCE/TIM의 낮은 TSI 값은 이 차이를 1 W/m² 감소시킨다.새로운 낮은 TIM 값과 이전 TSI 측정값 사이의 이 차이는 에너지 불균형에 상당하는 -0.8 W/m의² 기후 강제력에 해당한다.^[24]

2014년 재평가

2014년에 업데이트된 ACRIM3 레코드를 사용하여 새로운 ACRIM 복합체가 개발되었다.최근 TRF에서 시험 중 드러난 산란과 회절과 두 가지 알고리즘 업데이트에 대한 보정을 추가했다.알고리즘 업데이트는 계측기 열 거동 및 셔터 사이클 데이터의 파싱에 대해 보다 정확하게 설명한다.이들은 각각 반기별 모의 신호의 구성요소를 수정하고 신호 대 잡음 비를 증가시켰다.이러한 보정의 순효과는 ACRIM 복합 TSI의 경향에 영향을 미치지 않고 평균 ACRIM3 TSI 값을 감소시켰다.^[27]

ACRIM과 PMOD TSI 복합체 간의 차이는 분명하지만, 가장 중요한 것은 태양 주기 21-23 동안의 태양 최소-최소 추세다.ACRIM은 1980년부터 2000년까지 10년 동안 +0.037%/decade의 증가와 그 이후 감소세를 보였다.대신에 PMOD는 1978년 이후로 꾸준히 감소하고 있다.또한 태양 주기 21과 22의 피크 동안에 상당한 차이를 볼 수 있다.이는 ACRIM이 위성 실험팀이 발표한 원래의 TSI 결과를 사용하는 반면, PMOD는 특정 TSI 프록시 모델에 적합하도록 일부 결과를 상당히 수정한다는 사실에서 비롯된다.20세기 마지막 20년 동안 지구 온난화 동안 TSI가 증가함에 따라 태양열 강제력이 CMIP5 일반 순환 기후 모델에 나타난 것보다 기후 변화에 있어 약간 더 큰 요인이 될 수 있다는 점이 시사된다.^[27]

지구 표면의 일조도

지구 대기권 상층에 도달하는 연평균 일사량은 대략 1361W/m이다².^[28]태양의 광선은 대기를 통과할 때 감쇠되어 맑은 날 해수면에서 최대 1000W/m의² 정상 표면 방사조도를 남긴다.1361 W/m이² 대기권 위에 도착할 때(구름 없는 하늘에서 태양이 절정에 달했을 때), 직사 태양은 약 1050 W/m이고², 지상의 수평 표면에서의 지구 복사는 약 1120 W/m이다².^[29]후자의 수치는 대기 및 주변 환경에 의해 산란되거나 재방출된 방사선을 포함한다.실제 수치는 태양의 각도와 대기 환경에 따라 달라진다.구름을 무시한 채 지구의 일일 평균 오만은 약 6 kWh/m² = 21.6 MJ/m이다².

지구 대기권 상부에 도달하는 연평균 태양 복사(1361 W/m²)는 지구까지의 거리(1AU)와 동일한 반지름으로 태양을 둘러싸고 있는 구형 표면을 가로지르는 일조 강도의 단위 면적당 전력을 나타낸다.이것은 태양에서 본 지구의 대략 원형 원반은 대략적으로 안정된 1361 W/m를² 항상 받는다는 것을 의미한다.이 원형 디스크의 면적은 πr이며², 여기서 r은 지구의 반지름이다.지구는 대략 구면이기 때문에 총 면적 4 ${\displaystyle \pi }$ r ${\displaystyle {2\mathrm{}}^{}}$ ${\$를 가지고 있는데$,$ 이는 지구 전체 표면에 걸쳐 평균적으로 대기 상층에 도달하는 태양 방사선을 간단히 4로 나누어 340 W/m을² 얻는다는 것을 의미한다.즉, 1년 평균과 하루 평균, 지구의 대기는 태양으로부터 340W/m를² 받는다.이 수치는 복사 강제력에 중요하다.

예를 들어, 광전지 패널의 출력은 부분적으로 패널에 상대적인 태양의 각도에 의존한다.One Sun은 동력 유량의 단위로서 실제 오만의 표준값이 아니다.때때로 이 단위를 솔이라고 부르기도 하는데 솔과 혼동해서는 안 되며,태양일이라는 뜻이다.[30]

흡수 및 반사

물체에 도달하는 방사선의 일부는 흡수되고 나머지는 반사된다.보통 흡수된 방사선은 열 에너지로 변환되어 물체의 온도를 높인다.그러나 인공 또는 자연 시스템은 흡수된 방사선의 일부를 광전지 또는 식물의 경우와 같이 전기 또는 화학 결합과 같은 다른 형태로 변환할 수 있다.반사 방사선의 비율은 물체의 반사율 또는 알베도이다.

투영 효과

표면의 오만은 표면이 태양을 직접 향할 때 가장 크다.표면과 태양 사이의 각도가 정상에서 이동함에 따라 각도의 코사인에 비례하여 오만이 감소한다. 태양 각도가 기후에 미치는 영향을 보라.

그림에서, 표시된 각도는 수직 방향과 태양 빔 사이에 있는 것이 아니라 지면과 태양 빔 사이에 있다. 따라서 코사인보다는 사인(sine)이 적절하다.1마일 폭의 해맞이가 바로 머리 위에서부터 도착하고, 또 다른 해맞이는 수평으로 30° 각도로 도착한다.30° 각도의 사인(sine)은 1/2인 반면, 90° 각도의 사인(sine)은 1이다.따라서 각진 햇살은 빛을 두 배 부위로 퍼트린다.결과적으로, 각 평방 마일마다 절반의 빛이 떨어진다.

이 투영 효과는 지구의 극지방이 적도지방보다 훨씬 추운 주요 원인이다.매년 평균적으로 극지방은 적도보다 덜 거름을 받는다. 왜냐하면 극지방은 열대지방보다 항상 태양으로부터 더 멀리 떨어져 있고, 게다가 각각의 겨울의 6개월 동안 전혀 거름을 받지 않기 때문이다.

흡수 효과

낮은 각도에서 빛은 더 많은 대기를 통과해야 한다.이것은 (흡수와 산란을 통해) 그것을 감쇠시켜 표면의 오만을 더욱 감소시킨다.

감쇠는 Beer-Lambert 법칙에 의해 지배된다. 즉, 표면에 도달하는 오만의 투과율이나 분율이 대기 중 오만의 경로의 광학적 깊이나 흡광도(ln(10) = 2.303)에서 기하급수적으로 감소한다.경로의 짧은 길이에 대해 광학 깊이는 그 길이에 따라 흡수기와 산란기의 수에 비례하며 일반적으로 고도가 감소함에 따라 증가한다.그러면 전체 경로의 광학 깊이는 경로를 따라 광학 깊이의 정수(sum)가 된다.

흡수기의 밀도가 대기의 수평 위치보다 수직 위치에 훨씬 더 많이 의존할 때, 광학적 깊이는 투영 효과, 즉 정점 각도의 코사인 반비례한다.광학적 깊이가 증가함에 따라 투과율은 기하급수적으로 감소하기 때문에, 태양이 지평선에 가까워질수록 흡수가 하루 종일 투영을 지배하는 시점이 온다.비교적 높은 수준의 흡수제로, 이것은 늦은 오후의 상당 부분이 될 수 있으며, 이른 아침과 유사하다.반대로 (효능) 총 흡수 부재의 경우 광학 깊이는 태양의 모든 고도에서 0으로 유지된다. 즉, 투과율은 1로 유지되므로 투영 효과만 적용된다.

태양전위 지도

글로벌, 지역 및 국가 수준에서 태양 잠재력의 평가와 지도화는 상당한 학술적, 상업적 관심의 대상이 되어 왔다.개별 국가에 대한 종합적인 태양전위 매핑을 실시하기 위한 가장 초기 시도 중 하나는 유엔환경계획(UN Environment Program)이 후원하고 미국 국립재생에너지연구소가 수행하는 ^[31]태양열자원평가(SWERA) 프로젝트였다.다른 예로는 미국항공우주국(NASA)과 기타 유사한 기관의 글로벌 지도를 들 수 있는데, 이들 중 상당수는 국제재생에너지청이 제공하는 재생에너지 글로벌 아틀라스에서 구할 수 있다.현재 3E, 클린파워 리서치, 소다 일사량 데이터, 솔라기스, 바이살라(이전 3Tier), 보텍스 등 태양광 발전 개발사에 태양광 자원 데이터를 제공하기 위해 다수의 상업 기업이 존재하며, 이들 기업은 태양전위 지도를 무료로 제공하기도 했다.글로벌 솔라 아틀라스는 2017년 1월 세계은행이 솔라기스가 제공한 데이터를 활용해 모든 국가를 아우르는 고품질 태양광 데이터, 지도, GIS 레이어를 위한 단일 소스를 제공하기 위해 출범했다.

• 지역 및 국가별 GHI 잠재력 지도(참고: 여러 지도에서 색상이 일치하지 않음)
• 

  사하라 이남 아프리카

• 

  라틴 아메리카와 카리브해

• 

  중국

• 

  인도

• 

  멕시코

• 

  남아프리카 공화국

태양 복사 지도는 예를 들어 Meteosat Prime 위성의 가시적 이미지를 사용하는 것과 같이 위성 이미지에서 파생된 데이터베이스를 사용하여 작성된다.태양 복사를 결정하는 방법이 영상에 적용된다.검증이 잘 된 위성 대 비방사성 모델은 SUNY 모델이다.^[32]이 모델의 정확성은 잘 평가된다.일반적으로 일조 강도 맵은 특히 전역 수평 일조 강도의 경우 정확하다.

적용들

변환 계수(측면 열을 얻기 위해 요인별 다중 상단 행)

	W/m2	kW·h/(m2·day)	일광 시간/일광	kWh/(m2·y)	kWh/(kWp·y)
W/m2	1	41.66666	41.66666	0.1140796	0.1521061
kW·h/(m2·day)	0.024	1	1	0.0027379	0.0036505
일광 시간/일광	0.024	1	1	0.0027379	0.0036505
kWh/(m2·y)	8.765813	365.2422	365.2422	1	1.333333
kWh/(kWp·y)	6.574360	273.9316	273.9316	0.75	1

태양열 발전

태양열 조사 수치는 태양열 발전 시스템의 배치를 계획하는 데 사용된다.^[33]많은 국가에서 이 수치는 과거 30-50년 동안의 데이터를 반영하는 오수지도 또는 오수표에서 얻을 수 있다.다른 태양열 발전 기술은 총 조사의 다른 요소들을 사용할 수 있다.태양광 패널은 직접 조사와 확산 조사로 모두 전기로 전환이 가능한 반면, 집중 태양광은 직접 조사만으로 효율적으로 작동할 수 있어 구름 덮개가 상대적으로 낮은 위치에서만 적합하다.

태양열 집열판은 거의 항상 태양을 향해 비스듬히^[34] 장착되기 때문에 겨울에는 부정확하게 낮으며 여름에는 부정확하게 높은 추정치를 방지하기 위해 오목한 부분을 조정해야 한다.^[35]이것은 또한 높은 위도의 태양 전지판에 떨어지는 태양의 양이 수평 표면의 오만을 고려했을 때 나타나는 적도에 비해 낮지 않다는 것을 의미한다.

태양광 패널은 표준 조건에서 Wp(watt peak) 등급을 결정하는데,^[36] 이 등급은 틸트, 트래킹, 음영 등의 요인에 의해 조정되고 예상 출력을 결정하는 데 오목하게 사용될 수 있다(설치된 Wp 등급을 만들기 위해 포함될 수 있다).^[37]오만 값은 노르웨이의 경우 800–950 kWh/(kWp·y)부터 호주의 경우 최대 2,900 kWh/(kWp·y)까지 다양하다.

건물들

건축에서는 특정 부지에 대한 건축물을 설계할 때 오만이 중요한 고려사항이다.^[38]

투영 효과는 건물의 적도를 향한 측면(북반구의 남쪽 면 또는 남반구의 북쪽 면)에 수직 창문을 제공하여 여름에는 시원하고 겨울에는 따뜻한 건물을 설계하는데 사용할 수 있다. 이것은 태양이 하늘에 낮게 떠 있는 겨울철에는 오만을 극대화한다.태양이 높이 뜨는 여름에 그것을 즐긴다. (태양의 북쪽/남쪽 길은 일 년 동안 47°에 걸쳐 있다.

토목공학

토목 공학과 수문학에서, 눈 녹는 유출의 수치 모델은 오만의 관찰을 사용한다.이것은 녹는 눈더미에서 물이 방출되는 속도를 추정할 수 있다.현장 측정은 화력계를 사용하여 수행한다.

기후연구

일조 강도는 기후 모델링과 날씨 예측에 한 몫을 한다.대기의 상단에서 0이 아닌 평균 지구 순 방사선은 기후 강제력에 의해 부과된 지구의 열적 불안정성을 나타낸다.

2014년 낮은 TSI 값이 기후 모델에 미치는 영향은 알려지지 않았다.절대 TSI 수준의 10분의 몇 퍼센트의 변화는 일반적으로 기후 시뮬레이션에서 최소의 결과로 간주된다.새로운 측정에는 기후 모델 파라미터 조정이 필요하다.

GISS 모델 3을 사용한 실험은 현재 및 산업화 이전 시대 동안 TSI 절대 값에 대한 모델 성능의 민감도를 조사했으며, 예를 들어, 일조 강도 감소가 대기 및 표면 사이에 어떻게 분할되는지, 그리고 나가는 방사선에 미치는 영향을 설명한다.^[24]

장기 방사조도 변화가 기후에 미치는 영향을 평가하려면 신뢰할 수 있는 전지구 표면 온도 관측과 결합된 계측기 안정성이^[24] 향상되어야 하며 이는 퇴폐적 시간 척도에 대한 복사 강제력에 대한 기후 반응 프로세스를 계량화해야 한다.관찰된 0.1%의 일조 강도 증가는 0.22 W/m의² 기후 강제력을 전달하며, 이는 W/m² 당 0.6 °C의 과도 기후 응답을 시사한다.이러한 반응은 IPCC가 평가한 2008 모델보다 2배 이상 더 크며, 해양에 의한 모델의 열 흡수에서 나타날 수 있다.^[24]

공간

오만은 우주선 설계와 행성학의 평형 온도에 영향을 미치는 일차적 변수다.

태양 활동과 일조 강도 측정은 우주 여행의 관심사다.예를 들어, 미국 우주국, NASA는 태양 복사 및 기후 실험(SORCE) 위성을 태양 일조 강도 감시기로 발사했다.^[1]

참고 항목

참조

참고 문헌 목록

• 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. S2CID 4273483.
• "The Sun and Climate". U.S. Geological Survey Fact Sheet 0095-00. Retrieved 2005-02-21.
• Foukal, Peter; et al. (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.

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 오만과 관련된 미디어가 있다.

• Global Solar Atlas - 태양 조사 데이터의 장기 평균에 대한 지도와 GIS 데이터 계층(글로벌 또는 국가별)을 찾아보거나 다운로드(World Bank에서 발행, Solargis에서 제공)]
• 솔캐스트 - 10-15분마다 일조 강도 데이터가 업데이트됨최근, 라이브, 역사 및 예측, 공공 연구 사용 무료
• 매주 월요일 업데이트되는 최근 총 일조량 데이터
• 샌프란시스코 태양 지도
• 유럽 위원회- 대화형 지도
• 어제의 오스트레일리아 태양 복사 지도
• 구글 지도를 이용한 일사량
• SMARTS, 각 접지 날짜/장소에 대한 일사량 계산 소프트웨어 [3]
• NASA 지표면 기상학과 태양 에너지
• dism: 복잡한 지형에서의 dismation에 대한 R 패키지
• 온라인오일레이션계산기