Loading article…
拡散天空放射とは、大気中の分子や粒子によって直射太陽光線から散乱された後、地球表面に到達する太陽放射のことです。これは天空放射とも呼ばれ、空の色を変える決定的なプロセスです。通常は水平面上で測定されるため、拡散水平放射照度（DHI）と呼ばれることが多く、単位はワット毎平方メートル（W/m² ）です。全太陽光の入射直射放射の約23%は、大気中で散乱されることで直射太陽光線から取り除かれます。この量（入射放射）のうち、約3分の2が最終的に光子拡散天空放射として地球に到達します。
大気中における主要な放射散乱過程はレイリー散乱とミー散乱であり、これらは弾性散乱である。つまり、光子は吸収されることなく、また波長を変えることなく、経路から逸れることができる。
曇り空の下では直射日光はなく、すべての光は拡散した天空からの放射光によるものである。
フィリピンのピナトゥボ山の噴火（1991年6月）後の分析やその他の研究から、次のことが分かっています。[ 2 ] [ 3 ] 拡散した天光は、その固有の構造と挙動により、樹冠下の葉を照らすことができ、そうでなければ起こり得ないほど植物全体の光合成を効率的に行うことができます。これは、直射日光が下層の葉に影を落とし、それによって植物の光合成を樹冠の最上層に限定する、完全に晴れた空の影響とは対照的です（下記参照）。
地球の大気は、波長の短い光を波長の長い光よりも効率的に散乱します。波長が短いため、青色の光は波長の長い光（赤色や緑色）よりも強く散乱されます。そのため、直射日光から離れた空を見ると、人間は空が青く見えるのです。[ 4 ]知覚される色は、単色青色（波長474～476 nm）と白色光が混ざった色、つまり不飽和青色光に似ています。[ 5 ] 1871年にレイリー卿が行った青色の説明は、 物理学の問題解決に次元解析を適用した有名な例です。 [ 6 ]
散乱と吸収は、大気による太陽光の減衰の主な原因です。散乱は、粒子径（大気中の微粒子）と入射光の波長の比の関数として変化します。この比が約10分の1未満の場合、レイリー散乱が発生します。（この場合、散乱係数は波長の4乗に反比例します。この比が大きくなると、散乱はより複雑な形で変化し、球状粒子についてはミー理論で説明されます。）この比が大きくなると、幾何光学の法則が適用され始めます。
日の出や日没が見られる世界のあらゆる場所では、可視光線の大部分は地球の表面にほぼ接線方向に到達します。しかし、大気圏を通過する太陽光の経路は長くなり、青色や緑色の光の多くは可視光線から散乱されます。この現象により、太陽光線、そして太陽光線が照らす雲は、オレンジ色から赤色に鮮やかに染まります。これは、日の出や日没時に見られる光景です。
例えば、真昼の天頂にある太陽の場合、空が青く見えるのはレイリー散乱によるもので、これには二原子ガスNも関与している。2とO2．日没時、特に薄明、オゾン（O₃）による吸収が3 ）夕方の空の青色を維持するのに大きく貢献する
曇天時には直射日光がほとんど届かないため、光はすべて拡散光となります。雲粒は光の波長よりも大きいため、あらゆる色の光をほぼ均等に散乱させ、光束は波長にあまり依存しません。光は曇りガラスのように半透明の雲を通過します。その強度は、比較的薄い雲では直射日光の約1/6 、最も厚い嵐雲では直射日光の約1/1000程度まで変化します。
拡散水平放射照度は全水平放射照度の一部であり、瞬間測定値 については以下の関係が成り立つ。 ここで、GHIは全天日射量、DHIは拡散日射量、DNIは直接法線日射量である。は太陽天頂角、DirHIは直接水平日射量です。
南向きに傾斜した表面における全太陽放射量の式の一つは次のとおりです。[ 7 ]
ここで、 H bはビーム放射照度、R bはビーム放射の傾斜係数、H dは拡散放射照度、R dは拡散放射の傾斜係数、R rは反射放射の傾斜係数である。
R bは次のように表されます。
ここで、 δは太陽の赤緯、Φは緯度、βは水平面からの角度、hは太陽時角である。
R dは次のように表されます。
そしてR rは：
ここでρは表面の反射率である。
1991年6月にフィリピンのピナトゥボ山が 噴火し、約10 km 3 (2.4 cu mi)のマグマと 1700 万トン(17テラグラム) の二酸化硫黄SO 2が大気中に放出され、1991年のクウェート火災の10 倍もの SO 2が放出されました[ 8 ] 。そのほとんどは、 1991年6月15日の爆発的なプリニー式/超プリニー式噴火の際に発生し、地球規模の成層圏に SO 2の霞層が形成され、それが何年も続きました。その結果、地球の平均気温は約0.5 °C (0.9 °F)低下しました。[ 9 ]火山灰は急速に大気から落下するため、 [ 10 ]噴火による農業への悪影響は、結果として生じた厚い灰の被覆によって、噴火のすぐ近くの比較的狭い地域にほぼ即座に限定されました。[ 11 ] [ 12 ]しかし、世界的には、数ヶ月にわたる太陽放射量の5%の低下と直射日光の30%の減少にもかかわらず、[ 13 ]世界の農業に悪影響はありませんでした。[ 2 ] [ 14 ]驚くべきことに、北方林地域を除いて、世界の農業生産性と林業の成長が3～4年間増加したことが観察されました。[ 15 ] [ 16 ]
発見のきっかけは、当初、二酸化炭素(CO 2 ) が大気中に充満する速度が不可解なほど低下していることが観測され、これは「キーリング曲線」として知られるグラフに示されています。[ 17 ]これにより、多くの科学者は、この低下は地球の温度低下によるものであり、それに伴い植物や土壌の呼吸が遅くなり、火山性ヘイズ層が世界の農業に悪影響を及ぼしていると考えました。[ 2 ] [ 14 ]しかし、調査の結果、二酸化炭素が大気中に充満する速度の低下は、植物の呼吸速度が低下したという仮説とは一致しませんでした。[ 18 ] [ 19 ]その代わりに、この有利な異常は、世界の植物の成長/純一次生産の未曾有の増加と比較的しっかりと結びついており、 [ 20 ]世界の光合成による炭素吸収効果の増加をもたらしました。[ 2 ] [ 14 ]植物の成長増加が可能になったメカニズムは、直射日光の 30% 減少が拡散日光量の増加または「強化」として表現できるということである。[ 2 ] [ 18 ] [ 22 ] [ 14 ]
この拡散した天窓は、その固有の性質により、樹冠下の葉を照らすことができ、そうでない場合よりも植物全体の光合成をより効率的に行うことができ、 [ 2 ] [ 14 ]また、植生表面からの蒸発冷却も増加させます。[ 23 ]対照的に、完全に晴れた空とそれによって生じる直射日光の場合、下層の葉に影が落ち、植物の光合成は樹冠の最上層に限定されます。[ 2 ] [ 14 ]火山の霞層によるこの世界的な農業の増加は、火山から放出されない他のエアロゾル、例えば「中程度に濃い煙負荷」汚染の産物としても自然に発生し、同じメカニズムである「エアロゾル直接放射効果」が両方の背後にあります。[ 16 ] [ 24 ] [ 25 ]
