News: Irraggiamento solare

23/12/2013 - IRRAGGIAMENTO SOLARE AL SUOLO IN GIORNATE SERENE L'energia solare che raggiunge la superficie della terra è notevolmente più piccola dell'energia incidente su una superficie posta all'esterno dell'atmosfera a causa dei fenomeni di diffusione e di assorbimento prodotti sulla radiazione solare da parte dei costituenti dell'atmosfera. La riflessione diffusa, in tutte le direzioni (scattering), è dovuta principalmente all'urto con le molecole dell'aria, del vapor d'acqua e del pulviscolo atmosferico; in conseguenza di ciò una parte della radiazione viene rimandata verso lo spazio esterno. L'assorbimento è dovuto principalmente all'ozono (03), al vapor d'acqua (H20) ed all'anidride carbonica (CO2). Il coefficiente di diffusione delle molecole d'aria varia proporzionalmente a λ-4, quello delle particelle di polvere proporzionalmente a λ-0.75, quello del vapor d'acqua proporzionalmente a λ-2 . L'02 assorbe principalmente nell'ultravioletto e l'H20 nell'infrarosso. Le radiazioni con λ < 0,29 μm sono quasi completamente assorbite dall'ozono nell'alta atmosfera; nell'intervallo di lunghezza d'onda 0,29 - 0,35 μm il coefficiente di assorbimento dell'ozono diminuisce e diventa nullo a 0,35 μm; vi è poi una debole banda di assorbimento dell'ozono vicino a λ = 0,6 μ m. Il vapore d'acqua assorbe fortemente a bande nell'infrarosso, con bande centrate attorno alle lunghezze d'onda di 1, 1,4, e 1,8 μm. Al di sopra di 2,5 μm la trasmissione dell'atmosfera è molto bassa, a causa dell'assorbimento dell' H2O e dalla CO2, l'energia nello spettro di radiazione extraterrestre è minore del 5% dello spettro totale e di conseguenza l'energia ricevuta al suolo per λ > 2,5 μm è molto piccola . Nella figura è riportata la distribuzione spettrale della radiazione solare con sole allo zenit. RADIAZIONE DIRETTA E DIFFUSA La parte di radiazione che raggiunge la superficie della terra nella direzione dei raggi solari senza subire assorbimenti e riflessioni è denominata radiazione diretta (al suolo), mentre la parte che raggiunge la terra da tutte le direzioni (a causa dello scattering) viene chiamata radiazione diffusa. RADIAZIONE GLOBALE Viene chiamata radiazione globale al suolo la somma della radiazione diretta e della radiazione diffusa. Per superfici non orizzontali bisogna tenere conto della radiazione riflessa dal terreno e dagli oggetti circostanti sulla superficie considerata. IRRAGGIAMENTO MONOCROMATICO AL SUOLO (SOLE ALLO ZENIT, M = 1) ALL'ESTERNO DELL'ATMOSFERA COEFFICIENTE DI TRASMISSIONE Può essere definito un coefficiente di trasmissione dell'atmosfera, il quale dipende evidentemente sia dalle lunghezze d'onda della radiazione che dal percorso dei raggi solari nell'atmosfera stessa oltre che dalla composizione dell'atmosfera, fortemente variabile con le condizioni meteorologiche locali. τb = ( I diretto/ I extraterrestre ) Nel caso di giornate serene il coefficiente di trasmissione della radiazione diretta, definito come rapporto tra l'irraggiamento diretto al suolo e l'irraggiamento extraterrestre incidenti su una superficie ortogonale (irraggiamento diretto normale), può essere valutato con la relazione : ove p(z) è la pressione atmosferica alla quota z p(0) è la pressione atmosferica al livello del mare IRRAGGIAMENTO SOLARE AL SUOLO IN GIORNATE SERENE Il parametro m(z,a) prende il nome di massa d'aria relativa ad una altitudine z sopra il livello del mare ed è definito come il rapporto tra la lunghezza del percorso effettivo dei raggi solari e la lunghezza del loro percorso più breve possibile, con sole allo zenit; a è l'angolo che i raggi solari formano col piano orizzontale (vedi figura). m = percorso effettivo / percorso allo zenith La massa d'aria relativa m(0,a) al livello del mare può essere calcolata con la formula approssimata che dà errori inferiori all' 1% per a > 15°, oppure con la formula esatta, tenente conto della curvatura delle terra e dell'atmosfera Ad ogni istante il sole ha una posizione nello spazio individuata dall'angolo a, la massa d'aria relativa m ha un determinato valore e, conseguentemente, Tb assume un valore determinato. Ad esempio, al livello del mare, quando il sole è allo zenit (a = 90°), m = 1 e τb = 0,715; quando il sole ha un'altezza di 30°, m = 2 e τb = 0,55. IRRAGGIAMENTO DIRETTO NORMALE Il valore dell’irraggiamento normale al suolo si può valutare con la seguente espressione: Ibn = Io τb




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