La irradiancia solar es la potencia por unidad de superficie ( densidad de potencia superficial ) recibida del Sol en forma de radiación electromagnética en el rango de longitud de onda del instrumento de medición. La irradiancia solar se mide en vatios por metro cuadrado (W/m 2 ) en unidades SI .
La irradiancia solar a menudo se integra durante un período de tiempo determinado para informar la energía radiante emitida al entorno circundante ( julios por metro cuadrado, J/m 2 ) durante ese período de tiempo. Esta irradiancia solar integrada se llama irradiación solar , exposición solar , insolación solar o insolación .
La irradiancia se puede medir en el espacio o en la superficie de la Tierra después de la absorción y dispersión atmosférica . La irradiancia en el espacio es función de la distancia al Sol, el ciclo solar y los cambios entre ciclos. [2] La irradiación sobre la superficie terrestre depende además de la inclinación de la superficie de medición, la altura del Sol sobre el horizonte y las condiciones atmosféricas. [3] La irradiancia solar afecta el metabolismo de las plantas y el comportamiento de los animales. [4]
El estudio y la medición de la irradiancia solar tienen varias aplicaciones importantes, incluida la predicción de la generación de energía a partir de plantas de energía solar , las cargas de calefacción y refrigeración de los edificios, la modelización climática y la previsión meteorológica, las aplicaciones de refrigeración radiativa pasiva diurna y los viajes espaciales.
Hay varios tipos medidos de irradiancia solar.
La unidad SI de irradiancia es vatios por metro cuadrado (W/m 2 = Wm −2 ). La unidad de insolación que se utiliza a menudo en la industria de la energía solar es el kilovatio hora por metro cuadrado (kWh/m 2 ). [12]
El Langley es una unidad alternativa de insolación. Un Langley es una caloría termoquímica por centímetro cuadrado o 41.840 J/m 2 . [13]
La radiación solar media anual que llega a la parte superior de la atmósfera terrestre es de unos 1.361 W/m 2 . Esto representa la potencia por unidad de área de irradiancia solar a través de la superficie esférica que rodea al Sol con un radio igual a la distancia a la Tierra (1 AU ). Esto significa que el disco aproximadamente circular de la Tierra, visto desde el Sol, recibe aproximadamente estable 1361 W/m 2 en todo momento. El área de este disco circular es π r 2 , en la que r es el radio de la Tierra. Debido a que la Tierra es aproximadamente esférica , tiene área total , lo que significa que la radiación solar que llega a la parte superior de la atmósfera, promediada sobre toda la superficie de la Tierra, se divide simplemente por cuatro para obtener 340 W/m 2 . En otras palabras, en promedio durante el año y el día, la atmósfera terrestre recibe 340 W/m 2 del Sol. Esta cifra es importante en el forzamiento radiativo .
La distribución de la radiación solar en la parte superior de la atmósfera está determinada por la esfericidad y los parámetros orbitales de la Tierra . Esto se aplica a cualquier haz unidireccional que incide sobre una esfera en rotación. La insolación es esencial para la predicción numérica del tiempo y para comprender las estaciones y el cambio climático . La aplicación a las edades de hielo se conoce como ciclos de Milankovitch .
La distribución se basa en una identidad fundamental de la trigonometría esférica , la ley esférica de los cosenos :
Esta ecuación también se puede derivar de una fórmula más general: [14]
La separación de la Tierra del Sol se puede denotar R E y la distancia media se puede denotar R 0 , aproximadamente 1 unidad astronómica (AU). La constante solar se denota S 0 . La densidad de flujo solar (insolación) en un plano tangente a la esfera de la Tierra, pero por encima de la mayor parte de la atmósfera (elevación de 100 km o más) es:
El promedio de Q durante un día es el promedio de Q durante una rotación, o el ángulo horario que progresa de h = π a h = −π :
Sea h 0 el ángulo horario cuando Q se vuelve positivo. Esto podría ocurrir al amanecer cuando , o para h 0 como una solución de
Si tan( φ ) tan( δ ) > 1 , entonces el sol no se pone y ya ha salido en h = π , entonces h o = π . Si tan( φ ) tan( δ ) < −1 , el sol no sale y .
es casi constante en el transcurso de un día y se puede tomar fuera de la integral
Por lo tanto:
Sea θ el ángulo polar convencional que describe una órbita planetaria . Sea θ = 0 en el equinoccio de primavera . La declinación δ en función de la posición orbital es [15] [16]
Con conocimiento de ϖ , ε y e a partir de cálculos astrodinámicos [19] y So a partir de un consenso de observaciones o teoría, se pueden calcular para cualquier latitud φ y θ . Debido a la órbita elíptica, y como consecuencia de la segunda ley de Kepler , θ no progresa uniformemente con el tiempo. Sin embargo, θ = 0° es exactamente el tiempo del equinoccio de primavera, θ = 90° es exactamente el tiempo del solsticio de verano, θ = 180° es exactamente el tiempo del equinoccio de otoño y θ = 270° es exactamente el tiempo de el solsticio de invierno.
Una ecuación simplificada para la irradiancia en un día determinado es: [20] [21]
donde n es el número de un día del año.
La irradiancia solar total (TSI) [22] cambia lentamente en escalas de tiempo decenales y más largas. La variación durante el ciclo solar 21 fue de aproximadamente el 0,1% (pico a pico). [23] En contraste con reconstrucciones más antiguas, [24] las reconstrucciones TSI más recientes apuntan a un aumento de sólo alrededor del 0,05% al 0,1% entre el Mínimo de Maunder del siglo XVII y el presente. [25] [26] [27] La irradiancia ultravioleta (EUV) varía aproximadamente un 1,5 por ciento desde los máximos hasta los mínimos solares, para longitudes de onda de 200 a 300 nm. [28] Sin embargo, un estudio indirecto estimó que la radiación ultravioleta ha aumentado un 3,0% desde el Mínimo de Maunder. [29]
Algunas variaciones en la insolación no se deben a cambios solares sino al movimiento de la Tierra entre su perihelio y afelio , o cambios en la distribución latitudinal de la radiación. Estos cambios orbitales o ciclos de Milankovitch han provocado variaciones de radiancia de hasta el 25% (a nivel local; los cambios promedio globales son mucho más pequeños) durante largos períodos. El evento significativo más reciente fue una inclinación axial de 24° durante el verano boreal cerca del óptimo climático del Holoceno . Obtener una serie de tiempo para una época particular del año y una latitud particular es una aplicación útil en la teoría de los ciclos de Milankovitch. Por ejemplo, en el solsticio de verano, la declinación δ es igual a la oblicuidad ε . La distancia del Sol es
Para este cálculo del solsticio de verano, el papel de la órbita elíptica está enteramente contenido dentro del importante producto , el índice de precesión , cuya variación domina las variaciones de la insolación a 65° N cuando la excentricidad es grande. Durante los siguientes 100.000 años, siendo las variaciones en la excentricidad relativamente pequeñas, dominan las variaciones en la oblicuidad.
El registro TSI espacial comprende mediciones de más de diez radiómetros y abarca tres ciclos solares. Todos los instrumentos satelitales TSI modernos emplean radiometría de sustitución eléctrica de cavidad activa . Esta técnica mide el calentamiento eléctrico necesario para mantener una cavidad absorbente ennegrecida en equilibrio térmico con la luz solar incidente que pasa a través de una abertura de precisión de área calibrada. La apertura se modula mediante un obturador . Se requieren incertidumbres de precisión de < 0,01% para detectar variaciones de la irradiancia solar a largo plazo, porque los cambios esperados están en el rango de 0,05 a 0,15 W/m 2 por siglo. [30]
En órbita, las calibraciones radiométricas se desvían por razones que incluyen la degradación solar de la cavidad, la degradación electrónica del calentador, la degradación de la superficie de la apertura de precisión y las emisiones y temperaturas variables de la superficie que alteran los fondos térmicos. Estas calibraciones requieren compensación para preservar mediciones consistentes. [30]
Por diversas razones, las fuentes no siempre están de acuerdo. Los valores de TSI del Experimento de radiación solar y clima/medición de irradiancia total ( SORCE /TIM) son más bajos que las mediciones anteriores realizadas por el Experimento de presupuesto del radiómetro terrestre (ERBE) en el satélite de presupuesto de radiación terrestre (ERBS), VIRGO en el Observatorio Heliosférico Solar (SoHO) y los instrumentos ACRIM en la Misión Máxima Solar (SMM), el Satélite de Investigación de la Atmósfera Superior (UARS) y ACRIMSAT . Las calibraciones en tierra previas al lanzamiento se basaron en mediciones a nivel de componentes y no de sistemas, ya que los estándares de irradiancia en ese momento carecían de suficiente precisión absoluta. [30]
La estabilidad de la medición implica exponer diferentes cavidades del radiómetro a diferentes acumulaciones de radiación solar para cuantificar los efectos de degradación dependientes de la exposición. Estos efectos luego se compensan en los datos finales. Las superposiciones de observaciones permiten correcciones tanto para compensaciones absolutas como para validación de desviaciones instrumentales. [30]
Las incertidumbres de las observaciones individuales superan la variabilidad de la irradiancia (~0,1%). Por lo tanto, se confía en la estabilidad del instrumento y la continuidad de las mediciones para calcular las variaciones reales.
Las derivas a largo plazo de los radiómetros pueden confundirse con variaciones de irradiancia que pueden interpretarse erróneamente como que afectan al clima. Los ejemplos incluyen la cuestión del aumento de la irradiancia entre los mínimos del ciclo en 1986 y 1996, evidente sólo en el compuesto ACRIM (y no en el modelo) y los bajos niveles de irradiancia en el compuesto PMOD durante el mínimo de 2008.
A pesar de que ACRIM I, ACRIM II, ACRIM III, VIRGO y TIM rastrean la degradación con cavidades redundantes, persisten diferencias notables e inexplicables en la irradiancia y las influencias modeladas de las manchas solares y las fáculas .
El desacuerdo entre observaciones superpuestas indica derivas no resueltas que sugieren que el registro TSI no es lo suficientemente estable para discernir cambios solares en escalas de tiempo decenales. Sólo el compuesto ACRIM muestra un aumento de la irradiancia de ~1 W/m 2 entre 1986 y 1996; este cambio también está ausente en el modelo. [30]
Las recomendaciones para resolver las discrepancias de los instrumentos incluyen validar la precisión de las mediciones ópticas comparando instrumentos terrestres con referencias de laboratorio, como las del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología (NIST); La validación NIST de las calibraciones del área de apertura utiliza repuestos de cada instrumento; y aplicar correcciones de difracción desde la apertura limitadora de visión. [30]
Para ACRIM, el NIST determinó que la difracción de la apertura que limita la visión contribuye con una señal del 0,13% que no se tiene en cuenta en los tres instrumentos ACRIM. Esta corrección reduce los valores ACRIM reportados, acercando ACRIM a TIM. En ACRIM y todos los demás instrumentos excepto TIM, la apertura está profundamente dentro del instrumento, con una apertura más grande que limita la visión en la parte delantera. Dependiendo de las imperfecciones de los bordes, esto puede dispersar la luz directamente hacia la cavidad. Este diseño admite en la parte frontal del instrumento dos o tres veces la cantidad de luz que se pretende medir; Si no se absorbe o dispersa por completo, esta luz adicional produce señales erróneamente altas. Por el contrario, el diseño de TIM coloca la apertura de precisión en la parte delantera para que sólo entre la luz deseada. [30]
Las variaciones de otras fuentes probablemente incluyen una sistemática anual en los datos de ACRIM III que está casi en fase con la distancia Sol-Tierra y picos de 90 días en los datos de VIRGO coincidentes con las maniobras de las naves espaciales SoHO que fueron más evidentes durante el mínimo solar de 2008.
La alta precisión absoluta de TIM crea nuevas oportunidades para medir variables climáticas. TSI Radiometer Facility (TRF) es un radiómetro criogénico que funciona en el vacío con fuentes de luz controladas. L-1 Standards and Technology (LASP) diseñó y construyó el sistema, completado en 2008. Fue calibrado para potencia óptica contra el radiómetro óptico primario de vatios NIST, un radiómetro criogénico que mantiene la escala de potencia radiante del NIST con una incertidumbre del 0,02% ( 1σ ) . En 2011, TRF era la única instalación que se acercaba a la incertidumbre deseada <0,01% para la validación previa al lanzamiento de radiómetros solares que miden la irradiancia (en lugar de simplemente la potencia óptica) a niveles de energía solar y en condiciones de vacío. [30]
TRF encierra tanto el radiómetro de referencia como el instrumento bajo prueba en un sistema de vacío común que contiene un haz de iluminación estacionario y espacialmente uniforme. Una apertura de precisión con un área calibrada al 0,0031% (1 σ ) determina la porción medida del haz. La apertura de precisión del instrumento de prueba se coloca en el mismo lugar, sin alterar ópticamente el haz, para una comparación directa con la referencia. La potencia de haz variable proporciona diagnósticos de linealidad y diagnósticos de diámetro de haz variable que se dispersan desde diferentes componentes del instrumento. [30]
Las escalas absolutas de los instrumentos de vuelo Glory/TIM y PICARD/PREMOS ahora son trazables hasta el TRF tanto en potencia óptica como en irradiancia. La alta precisión resultante reduce las consecuencias de cualquier brecha futura en el registro de irradiancia solar. [30]
El valor más probable de TSI representativo del mínimo solar es1 360,9 ± 0,5 W/m 2 , inferior al valor aceptado anteriormente de1 365,4 ± 1,3 W/m 2 , establecido en los años 1990. El nuevo valor provino de SORCE/TIM y pruebas de laboratorio radiométrico. La luz dispersada es la causa principal de los valores de irradiancia más altos medidos por satélites anteriores en los que la apertura de precisión se encuentra detrás de una apertura más grande que limita la visión. El TIM utiliza una apertura limitadora de visión que es más pequeña que la apertura de precisión que excluye esta señal espuria. La nueva estimación proviene de una mejor medición y no de un cambio en la producción solar. [30]
Una división basada en un modelo de regresión de la proporción relativa de manchas solares e influencias faculares de los datos de SORCE/TIM representa el 92% de la varianza observada y rastrea las tendencias observadas dentro de la banda de estabilidad de TIM. Este acuerdo proporciona una prueba más de que las variaciones de la TSI se deben principalmente a la actividad magnética de la superficie solar. [30]
Las imprecisiones de los instrumentos añaden una incertidumbre significativa a la hora de determinar el equilibrio energético de la Tierra . El desequilibrio energético se ha medido de diversas formas (durante un profundo mínimo solar de 2005-2010) como+0,58 ± 0,15 W/m2 , [ 31] +0,60 ± 0,17 W/m 2 [32] y+0,85 W/ m2 . Las estimaciones a partir de mediciones espaciales oscilan entre +3 y 7 W/m 2 . El valor TSI más bajo de SORCE/TIM reduce esta discrepancia en 1 W/m 2 . Esta diferencia entre el nuevo valor más bajo de TIM y las mediciones anteriores de TSI corresponde a un forzamiento climático de −0,8 W/m 2 , que es comparable al desequilibrio energético. [30]
En 2014 se desarrolló un nuevo compuesto ACRIM utilizando el registro ACRIM3 actualizado. Agregó correcciones de dispersión y difracción reveladas durante pruebas recientes en TRF y dos actualizaciones de algoritmo. Las actualizaciones del algoritmo tienen en cuenta con mayor precisión el comportamiento térmico del instrumento y el análisis de los datos del ciclo del obturador. Estos corrigieron un componente de la señal espuria cuasi-anual y aumentaron la relación señal-ruido , respectivamente. El efecto neto de estas correcciones disminuyó el valor promedio del TSI ACRIM3 sin afectar la tendencia del TSI compuesto ACRIM. [33]
Las diferencias entre los compuestos ACRIM y PMOD TSI son evidentes, pero la más significativa son las tendencias de mínimo a mínimo solar durante los ciclos solares 21 - 23 . ACRIM encontró un aumento de +0,037%/década de 1980 a 2000 y una disminución posteriormente. En cambio, PMOD presenta una disminución constante desde 1978. También se pueden observar diferencias significativas durante el pico de los ciclos solares 21 y 22. Estas surgen del hecho de que ACRIM utiliza los resultados originales de TSI publicados por los equipos de experimentos satelitales, mientras que PMOD modifica significativamente algunos resultados para adaptarlos a modelos de proxy ETI específicos. Las implicaciones del aumento del TSI durante el calentamiento global de las dos últimas décadas del siglo XX son que el forzamiento solar puede ser un factor marginalmente mayor en el cambio climático que el representado en los modelos climáticos de circulación general CMIP5 . [33]
La radiación solar media anual que llega a la parte superior de la atmósfera terrestre es aproximadamente de 1.361 W/m 2 . [34] Los rayos del Sol se atenúan a medida que pasan a través de la atmósfera , dejando la irradiancia superficial normal máxima en aproximadamente 1000 W/m 2 al nivel del mar en un día despejado. Cuando llegan 1361 W/m 2 por encima de la atmósfera (cuando el Sol está en el cenit en un cielo sin nubes), el sol directo es de aproximadamente 1050 W/m 2 y la radiación global sobre una superficie horizontal al nivel del suelo es de aproximadamente 1120 W/m 2 . m2 . _ [35] Esta última cifra incluye la radiación dispersada o reemitida por la atmósfera y sus alrededores. La cifra real varía según el ángulo del Sol y las circunstancias atmosféricas. Haciendo caso omiso de las nubes, la insolación media diaria de la Tierra es de aproximadamente 6 kWh/m 2 = 21,6 MJ/m 2 .
La potencia de, por ejemplo, un panel fotovoltaico depende en parte del ángulo del sol con respecto al panel. Un Sol es una unidad de flujo de energía , no un valor estándar para la insolación real. A veces se hace referencia a esta unidad como Sol, que no debe confundirse con sol , que significa un día solar . [36]
Parte de la radiación que llega a un objeto es absorbida y el resto reflejada. Normalmente, la radiación absorbida se convierte en energía térmica , aumentando la temperatura del objeto. Los sistemas artificiales o naturales, sin embargo, pueden convertir parte de la radiación absorbida en otra forma como electricidad o enlaces químicos , como en el caso de las células o plantas fotovoltaicas . La proporción de radiación reflejada es la reflectividad o albedo del objeto .
La insolación sobre una superficie es mayor cuando la superficie mira directamente (es normal) al sol. A medida que el ángulo entre la superficie y el Sol se aleja de la normal, la insolación se reduce en proporción al coseno del ángulo ; ver efecto del ángulo del Sol sobre el clima .
En la figura, el ángulo que se muestra es entre el suelo y el rayo de sol en lugar de entre la dirección vertical y el rayo de sol; por tanto, es más apropiado el seno que el coseno. Un rayo de sol de una milla de ancho llega directamente desde arriba y otro en un ángulo de 30° con respecto a la horizontal. El seno de un ángulo de 30° es 1/2, mientras que el seno de un ángulo de 90° es 1. Por lo tanto, el rayo de sol en ángulo distribuye la luz sobre el doble del área. En consecuencia, la mitad de la luz cae sobre cada milla cuadrada.
Este efecto de proyección es la razón principal por la que las regiones polares de la Tierra son mucho más frías que las regiones ecuatoriales . En promedio anual, los polos reciben menos insolación que el ecuador, porque los polos siempre están más alejados del Sol que los trópicos y, además, no reciben ninguna insolación durante los seis meses de sus respectivos inviernos.
En un ángulo más bajo, la luz también debe atravesar más atmósfera. Esto lo atenúa (por absorción y dispersión) reduciendo aún más la insolación en la superficie.
La atenuación se rige por la ley de Beer-Lambert , es decir, que la transmitancia o fracción de insolación que llega a la superficie disminuye exponencialmente en la profundidad óptica o absorbancia (las dos nociones difieren sólo por un factor constante de ln(10) = 2,303 ) del camino. de insolación a través de la atmósfera. Para cualquier longitud corta dada del camino, la profundidad óptica es proporcional al número de absorbentes y dispersores a lo largo de esa longitud, y normalmente aumenta al disminuir la altitud. La profundidad óptica de todo el camino es entonces la integral (suma) de esas profundidades ópticas a lo largo del camino.
Cuando la densidad de los absorbentes está estratificada, es decir, depende mucho más de la posición vertical que de la horizontal en la atmósfera, en una buena aproximación la profundidad óptica es inversamente proporcional al efecto de proyección, es decir, al coseno del ángulo cenital. Dado que la transmitancia disminuye exponencialmente al aumentar la profundidad óptica, a medida que el sol se acerca al horizonte llega un punto en el que la absorción domina la proyección durante el resto del día. Con un nivel relativamente alto de absorbentes, esto puede ocurrir durante una parte considerable del final de la tarde y también de las primeras horas de la mañana. Por el contrario, en la (hipotética) ausencia total de absorción, la profundidad óptica permanece cero en todas las altitudes del sol, es decir, la transmitancia permanece 1, por lo que solo se aplica el efecto de proyección.
La evaluación y el mapeo del potencial solar a nivel global, regional y nacional han sido objeto de importante interés académico y comercial. Uno de los primeros intentos de llevar a cabo un mapeo integral del potencial solar para países individuales fue el proyecto de Evaluación de Recursos Solares y Eólicos (SWERA), [37] financiado por el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente y llevado a cabo por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU . Otros ejemplos incluyen el mapeo global realizado por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio y otros institutos similares, muchos de los cuales están disponibles en el Atlas Global de Energías Renovables proporcionado por la Agencia Internacional de Energías Renovables . Actualmente existen varias empresas comerciales que proporcionan datos sobre recursos solares a los desarrolladores de energía solar, incluidas 3E, Clean Power Research, SoDa Solar Radiation Data, Solargis, Vaisala (anteriormente 3Tier) y Vortex, y estas empresas a menudo han proporcionado mapas de potencial solar para gratis. En enero de 2017, el Banco Mundial lanzó el Atlas Solar Global , utilizando datos proporcionados por Solargis, para proporcionar una fuente única de datos solares, mapas y capas SIG de alta calidad que abarquen todos los países.
Los mapas de radiación solar se construyen utilizando bases de datos derivadas de imágenes de satélite, como por ejemplo imágenes visibles del satélite Meteosat Prime. A las imágenes se les aplica un método para determinar la radiación solar. Un modelo de satélite a irradiancia bien validado es el modelo SUNY. [38] La precisión de este modelo está bien evaluada. En general, los mapas de irradiancia solar son precisos, especialmente para la irradiancia horizontal global.
Las cifras de irradiación solar se utilizan para planificar el despliegue de sistemas de energía solar . [39] En muchos países, las cifras se pueden obtener de un mapa de insolación o de tablas de insolación que reflejan datos de los 30 a 50 años anteriores. Las diferentes tecnologías de energía solar pueden utilizar diferentes componentes de la irradiación total. Si bien los paneles solares fotovoltaicos pueden convertir en electricidad tanto la irradiación directa como la irradiación difusa, la energía solar concentrada solo puede funcionar de manera eficiente con irradiación directa, lo que hace que estos sistemas sean adecuados solo en lugares con una nubosidad relativamente baja.
Debido a que los paneles de los colectores solares casi siempre están montados en ángulo hacia el Sol, las cifras de insolación deben ajustarse para encontrar la cantidad de luz solar que incide sobre el panel. Esto evitará estimaciones que sean incorrectamente bajas para el invierno y incorrectamente altas para el verano. [40] Esto también significa que la cantidad de luz solar que cae sobre un panel solar en latitudes altas no es tan baja en comparación con uno en el ecuador como parecería simplemente considerando la insolación en una superficie horizontal. Los valores de insolación horizontal oscilan entre 800 y 950 kWh/(kWp·y) en Noruega hasta 2900 kWh/(kWp·y) en Australia . Pero un panel correctamente inclinado a 50° de latitud recibe 1.860 kWh/m 2 /año, en comparación con 2.370 en el ecuador. [41] De hecho, bajo cielos despejados, un panel solar colocado horizontalmente en el polo norte o sur en pleno verano recibe más luz solar durante 24 horas (coseno del ángulo de incidencia igual a sin(23,5°) o aproximadamente 0,40) que un panel horizontal en el ecuador en el equinoccio (coseno medio igual a 1/ π o aproximadamente 0,32).
Los paneles fotovoltaicos se clasifican en condiciones estándar para determinar la clasificación Wp (vatios pico), [42] que luego se puede utilizar con la insolación, ajustada por factores como la inclinación, el seguimiento y el sombreado, para determinar la producción esperada. [43]
En la construcción, la insolación es una consideración importante al diseñar un edificio para un sitio en particular. [44]
El efecto de proyección se puede utilizar para diseñar edificios que sean frescos en verano y cálidos en invierno, proporcionando ventanas verticales en el lado del edificio que mira al ecuador (la cara sur en el hemisferio norte , o la cara norte en el hemisferio sur ). : esto maximiza la insolación en los meses de invierno cuando el Sol está bajo en el cielo y la minimiza en el verano cuando el Sol está alto. (La trayectoria del Sol de norte a sur a través del cielo abarca 47° durante todo el año).
En ingeniería civil e hidrología , los modelos numéricos de escorrentía del deshielo utilizan observaciones de insolación. Esto permite estimar la velocidad a la que se libera agua de una capa de nieve que se derrite. La medición de campo se realiza utilizando un piranómetro .
La irradiancia desempeña un papel en la modelización climática y la previsión meteorológica . Una radiación neta global promedio distinta de cero en la parte superior de la atmósfera es indicativa del desequilibrio térmico de la Tierra impuesto por el forzamiento climático .
Se desconoce el impacto del valor más bajo del TSI de 2014 en los modelos climáticos. Normalmente se considera que un cambio de unas pocas décimas porcentuales en el nivel absoluto de la TSI tiene consecuencias mínimas para las simulaciones climáticas. Las nuevas mediciones requieren ajustes de los parámetros del modelo climático.
Los experimentos con el GISS Modelo 3 investigaron la sensibilidad del rendimiento del modelo al valor absoluto de TSI durante la época actual y preindustrial y describen, por ejemplo, cómo se divide la reducción de la irradiancia entre la atmósfera y la superficie y los efectos sobre la radiación saliente. [30]
Evaluar el impacto de los cambios de irradiancia a largo plazo en el clima requiere una mayor estabilidad de los instrumentos [30] combinada con observaciones confiables de la temperatura de la superficie global para cuantificar los procesos de respuesta climática al forzamiento radiativo en escalas de tiempo decenales. El aumento de irradiancia observado del 0,1% imparte un forzamiento climático de 0,22 W/m 2 , lo que sugiere una respuesta climática transitoria de 0,6 °C por W/m 2 . Esta respuesta es mayor en un factor de 2 o más que en los modelos evaluados por el IPCC en 2008, y posiblemente aparezca en la absorción de calor de los modelos por el océano. [30]
Medir la capacidad de una superficie para reflejar la irradiancia solar es esencial para el enfriamiento radiativo pasivo durante el día , que se ha propuesto como un método para revertir los aumentos de temperatura locales y globales asociados con el calentamiento global . [45] [46] Para medir el poder de enfriamiento de una superficie de enfriamiento radiativo pasivo, se deben cuantificar tanto el poder absorbido de la radiación atmosférica como la solar. En un día claro, la irradiancia solar puede alcanzar los 1000 W/m 2 con una componente difusa entre 50 y 100 W/m 2 . En promedio, la potencia de enfriamiento de una superficie de enfriamiento radiativo pasivo durante el día se ha estimado en ~100-150 W/m 2 . [47]
La insolación es la principal variable que afecta la temperatura de equilibrio en el diseño de naves espaciales y la planetología .
La medición de la actividad solar y la irradiancia es una preocupación para los viajes espaciales. Por ejemplo, la agencia espacial estadounidense, NASA , lanzó su satélite Experimento de Clima y Radiación Solar (SORCE) con monitores de irradiancia solar . [2]
![{\displaystyle {\begin{alineado}\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}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cc1961aab28d29a2377ace388d269595e1d78bb2)
![{\displaystyle {\overline {Q}}^{\text{día}}={\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] }](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bd3c84a8678a632cf6620cd267422432c1126903)
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda ){{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)El 1 por ciento de la energía del sol se emite en longitudes de onda ultravioleta entre 200 y 300 nanómetros, la disminución de esta radiación desde el 1 de julio de 1981 al 30 de junio de 1985 representó el 19 por ciento de la disminución de la irradiancia total.(El 19 % de la disminución total de 1/1366 es una disminución del 1,4 % en UV)
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )CS1 maint: multiple names: authors list (link)