Tán xạ Rayleith là sự tán xạ của tia mặt trời lên các phân tử khí hay các hạt bụi có kích thước rất nhỏ so với bước sóng của bức xạ. Theo lý thuyết Rayleith thì hệ số tán xạ trong quá trình này tỉ lệ với Một cách gần đúng, có thể đánh giá rằng, 50% năng lượng của các tia bức xạ tán xạ bị mất đi khi đi qua lớp khí quyển trái đất, chỉ còn 50% đến được quả đất theo các hướng khác nhau, và được gọi là bức xạ nhiễu xạ hay bức xạ tán xạ. Sự tán xạ xảy ra trên các hạt bụi nói chung có kích thước lớn hơn rất nhiều so với kích thước các phân tử khí nên việc tính toán trở nên rất khó khăn. Vì kích thước và mật độ của chúng biến đổi từ vừng này sang vùng khác và còn phụ thuộc vào độ cao và thời gian.
Tán xạ Mie là tán xạ xảy ra khi kích thước của các hạt bụi lớn hơn bước sóng của bức xạ, khi đó sự suy giảm cưởng độ bức xạ do hai nguyên nhân: do sự tán xạ thực sự (phân bố lại năng lượng mới) và do sự hấp thụ bức xạ bởi các hạt bụi. Trong nguyên nhân thứ 2, một phần năng lượng của bức xạ biến thành nhiệt. Phần bức xạ còn lại sau tán xạ Mie, hướng đến quả đất nên cũng được gọi là bức xạ nhiễu xạ.
Do bức xạ bị hấp thu bởi các phần tử khí O2, O3 ở các vùng cao của lớp khí quyển nên vùng bước sóng tử ngoại µm trong phổ mặt trời đã bị biến mất khi đến mặt đất. Trong vùng hồng ngoại, sự hấp thụ xảy ra chủ yếu do hơi nước H2O và CO2. Kết quả của các quá trình nói trên làm cho cường độ bức xạ mặt trời tới mặt đất yếu đi rất nhiều so với ở ngoài vũ trụ và đường cong phân bố phổ của nó ở mặt đất không còn được liên tục như ở ngoài khí quyển quả đất, mà bị “xẻ” thành nhiều “rãnh” hoặc các “vùng rãnh”
Trong các ngày mây mù, sự suy giảm bức xạ mặt trời còn xảy ra mạnh hơn. Một phần đáng kể bức xạ mặt trời bị phản xạ lại vũ trụ từ các đám mây, một phần khác bị các đám mây hấp thụ, phần còn lại truyền đến quả đất như là bức xạ nhiễu xạ. Tổng các bức xạ mặt trời bị phản xạ trở lại vũ trụ do phản xạ và tán xạ từ các đám mây, từ các phân tử khí, từ các hạt bụi và từ mặt đất (bao gồm các vật cản như nhà cửa, cây cối,..) được gọi là Albedo của hệ khí quyển quả đất và có khoảng giá trị vào khoảng 30%.
Tóm lại ở mặt đất nhận được hai thành phần bức xạ:
Bức xạ trực tiếp (còn gọi là Trực xạ) là các tia sáng mặt trời đi thẳng từ mặt trời đến mặt đất, không bị thay đổi hướng khi qua lớp khí quyển.
Bức xạ Nhiễu xạ hay bức xạ khuếch tán gọi tắt là tán xạ, phản xạ… Hướng của tia trực xạ phụ thuộc vào vị trí của mặt trời trên bầu trời, tức là phụ thuộc vào thời gian và địa điểm quan sát. Trong khi đó đối với bức xạ nhiễu xạ không có hướng xác định mà đến điểm quan sát từ mọi điểm trên bầu trời. Tổng hai thành phần bức xạ này được gọi là tổng xạ, nó chiếm khoảng 70% toàn bộ bức xạ mặt trời hướng về quả đất.
b) Sự giảm năng lƣợng mặt trời phụ thuộc vào độ dài đƣờng đi của tia sáng qua lớp khí quyển (air mass).
Do các quá trình hấp thụ, tán xạ, phản xạ của tia mặt trời xảy ra khi nó đi qua lớp khí quyển nên cường độ bức xạ khi tới mặt đất phụ thuộc vào độ dài đường đi của tia trong lớp khí quyển. Độ dài này laị phụ thuộc vào độ cao của
mặt trời .Ví dụ, khi mặt trời ở điểm Zenith (ở đỉnh đầu) thì các tia bức xạ mặt trời khi xuyên qua lớp khí quyển bị tán xạ và hấp thụ là ít nhất, vì đường đi ngắn nhất. Còn ở các điểm “chân trời”, lúc mặt trời mọc hoặc lặn thì đường đi của tia bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển là dài nhất, nên bức xạ bị tán xạ và hấp thụ nhiều nhất. Để đặc trưng cho sự mất mát năng lượng phụ thuộc độ dài đường đi của tia bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển người ta đưa vào một đại lượng được gọi là “Air mass”, ký hiệu m (hay AM) và được định nghĩa như sau:
Nếu tia mặt trời đến điểm A trên mặt đất theo hướng BA, thì airmass đối với vị trí đó của mặt trời và đối với điểm điểm A trên mặt đất có thể được xác định bởi công thức sau:
Trong đó: Bán kính quả đất, R= 6 370km; Chiều dày lớp khí quyển quả đất, H =7 991km; : góc Zenith của mặt trời.
Biểu thức cho thấy, m có thể tính gần đúng nhờ các biểu thức đơn giản hơn sau:
Như vậy, giá trị của “Airmass” m và năng lượng bức xạ trực xạ mặt trời tương ứng đối với các vị trí mặt trời khác nhau là khác nhau, ví dụ:
- Ở ngoài khí quyển quả đất: m = 0, E = 1 353W/m2
- Khi góc Zenith Z = 600: m = 2, E = 691,2 W/m2