Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 0,4 µm đến 0,8 µm , chỉ chiếm một phần
sóng điện từ nhưng các loại sóng điện từ có bước sóng khác nhau thì gây ra các tác dụng lý học, hóa học và sinh học rất khác nhau. Nói riêng trong vùng phổ nhìn thấy được, sự khác nhau về bước sóng gây cho ta cảm giác màu sắc khác nhau của ánh sáng. Khi đi từ bước sóng dài µm đến giới hạn sóng ngắn µm ta nhận thấy màu sắc của ánh sáng thay đổi liên tục từ đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Mắt người nhạy nhất với ánh sáng màu vàng có bước sóng µm. Sự phân bố năng lượng đối với các bước sóng khác nhau cũng khác nhau. Bảng 2.1 cho thấy quan hệ giữa mật độ năng lượng của bức xạ điện từ phụ thuộc vào bước sóng của nó, còn bảng 1.2 là quan hệ giữa màu sắc của ánh sáng và bước sóng của nó. Từ bảng 2.1 ta thấy rằng mật độ năng lượng bức xạ mặt trời chủ yếu phân bố trong dải bước sóng từ µmtử ngoại C, tỷ lệ mật độ năng lượng 0,57% đến µm (hồng ngoại, tỷ lệ mật độ năng lượng 1,93%), còn ngoài vùng đó mật độ không đáng kể.
Khi bức xạ mặt trời đi ngang qua tầng khí quyển bao quanh quả đất, nó bị các phân tử khí, các hạt bụi… hấp thu hoặc bị làm tán xạ, nên phổ và năng lượng mặt trời khi đến bề mặt trái đất bị thay đổi rất đáng kể.
Bảng 2. 2: Màu sắc và bước sóng của ánh sáng mặt trời
2.1.4. Đặc điểm của bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất
a) Phổ bức xạ mặt trời
Quả đất bị bao bọc xung quanh bởi một tầng khí quyển có chiều dày H khoảng 7991 km bao gồm các phần tử khí, hơi nước, các hạt bụi, các hạt chất lỏng, chất rắn và các đám mây,… Vì vậy, khi bức xạ mặt trời xuyên qua lớp khí
quyển đó để đến được mặt đất thì năng lượng của nó bị thay đổi đáng kể.
Hình 2. 3: Định nghĩa các vĩ tuyến (a) và kinh tuyến (b)
Ở bên ngoài lớp khí quyển quả đất, năng lượng bức xạ mặt trời là hằng số và có giá trị là 1353W/m2. Giá trị này được gọi là hằng số mặt trời. Phổ của bức xạ mặt trời là một đường cong lien tục có năng lượng chủ yếu nằm trong vùng bước sóng từ 0,1µm đến 3 µm (hình 2.3). Đường phân bố này gần giống đường phân bố phổ bức xạ của một vật đen tuyệt đối ở nhiệt độ 5726 K. Cực đại của phổ bức xạ mặt trời nằm ở bước sóng 0,48µm và ứng với mật độ năng lượng 2.074W/m2.
Khi các bức xạ mặt trời xuyên vào lớp khí quyển quả đất, gặp các phân tử khí, hơi nước, các hạt bụi, các hạt chất lỏng,…bị tán xạ, phản xạ và hấp thụ nên một phần năng lượng của nó không tới được mặt đất. Đối với những ngày trong sáng thì sự suy giảm năng lượng của các tia bức xạ mặt trời do ba quá trình vật lý sau xảy ra một cách đồng thời:
+ Sự hấp thụ chọn lọc do các phân tử hơi nước H2O, O2, O3 và CO2
+ Sự tán xạ Rayleith trên các phan tử khí, các hạt bụi... + Tán xạ Mie.