日射量とは｜定義・測定方法と気温への影響、季節・緯度差の解説
日射量の定義・測定方法から気温への影響、季節・緯度差まで初心者にもわかりやすく解説。正午や地表での変化と実用知識を短時間で習得。
日射量とは、太陽から地球に届く放射エネルギスのうち、特に地表に到達する太陽放射（入射日射）の量を指します。太陽エネルギーは地球の気候や生態系、建物の温熱環境、太陽光発電などに直接関係します。一般に「日射」や「日射量」は、ある地点の単位面積あたりに単位時間で入射する太陽エネルギー量を表します。
定義と単位
日射量は瞬時の放射強度（放射照度）としては主にワット毎平方メートル（W/m²）で表されます。日単位の総量を示す場合はメガジュール毎平方メートル毎日（MJ/m²/day）やキロワット時毎平方メートル（kWh/m²/day）などが用いられます。歴史的・簡便な表現として「1平方センチメートルあたり1分間に受け取った太陽エネルギーの量」といった表現が見られますが、実務・研究ではW/m²やMJ/m²を使うのが一般的です。
日射の種類
- 直達日射（Direct or direct normal irradiance）：太陽からの直線的な光で、太陽の方向から直接到達する成分。
- 散乱日射（Diffuse）：大気中の分子やエアロゾル、雲で散乱された成分で、全天から来る。
- 全天日射（Global）：地表に到達する直達日射と散乱日射を合わせた合計。
測定方法
日射量の計測には専用の観測器具が使われます。主な機器は次の通りです。
- ピラノメーター（pyranometer）：全天日射（global irradiance）を測定する装置。水平面に入射する全放射を測る。
- ピルヘリオメーター（pyrheliometer）：直達日射を太陽方向に向けて測定する装置。通常、太陽追尾装置と組み合わせる。
- ソーラーメーター・ソーラーパネル簡易測定：簡易な日射計や太陽電池パネルの出力から推定する方法もある。
- 気象観測・衛星リモートセンシング：地上観測点のデータや、雲量や大気透過度を用いた衛星推定によって広域の日射量を求める。
測定データは瞬時値（W/m²）、時刻積分（例えば1時間平均）や日積算（MJ/m²/day）として整理されます。
日射量に影響する要因
- 太陽天頂角（太陽高度）：太陽が高いほど入射角が直角に近くなり、単位面積あたりの受光量は増加する。
- 緯度と季節：緯度が高いほど太陽高度が低く、冬季は日射角度と昼時間の減少で日射量が小さくなる。
- 雲量・大気の透明度：雲やエアロゾルは日射を遮る（散乱・吸収する）ため日射量を減少させる。
- 地形・地面の傾斜・方位：傾斜面や方位角によって受ける日射は変化する（太陽に面した斜面は日射が増える）。
- 地表反射（アルベド）：地表からの反射光も局所の放射収支に影響する（雪面は高反射で周辺放射を増やす）。
気温への影響
日射量は大気と地表面を加熱する主なエネルギー源であり、気温や地表面温度に直接影響します。一般に日射量が多いほど日中の気温は高くなり、夜間も地表に蓄えられた熱の放出によって影響が出ます。ただし、気温は大気の循環、風、湿度、地表特性（植生・土壌水分）など他の要因とも複雑に結びついているため、日射のみで気温が決まるわけではありません。
典型的な現象：
- 晴天の日は日射が強く日中の上昇が大きい。
- 雲の多い日は散乱日射が増えるが、直達日射が減るため気温上昇は抑えられる。
- 冬期の高緯度地域では日射量が小さく、気温が低い。
季節・緯度差の解説
地球の公転と地軸の傾き（約23.4度）により、季節ごとに太陽高度と昼長が変化します。これが季節的な日射量の違いを生みます。赤道近くでは年間を通して日射量の変動が小さく、極地方では夏に長い昼と高い太陽高度が得られる一方、冬は太陽高度が非常に低くほとんど日射が入らない期間があります。
また、緯度が高くなるほど大気を通る距離（エアマス）が増え、日射は大気で散乱・吸収されやすくなります。これにより同じ太陽放射が届いても地表で受け取る日射量は緯度で大きく異なります。
実用的な応用と注意点
- 太陽光発電設計：発電量予測のために日射データは不可欠。傾斜角や方位を最適化する。
- 建築・都市計画：日射を利用したパッシブ設計や遮蔽の設計に利用。
- 農業・生態系管理：作物の生育や蒸発散の評価に日射量が重要。
- 健康面：紫外線（UV）強度は日射と関係し、皮膚の影響に注意が必要。
- 気候変動研究：長期の日射データは気候モデルや温暖化評価に用いられる。
1日の時間変化については、晴天条件下では一般に最も日射量が多いのは正午（太陽が最も高くなる時間）ですが、雲や地形などで局所的にピークがずれることもあります。
まとめると、日射量は地表に到達する太陽放射の量を示す重要な物理量で、測定・予測・応用の面で多くの分野に関係します。単位や測定方法、影響因子を理解することで、農業、建築、再生可能エネルギーなどで適切に活用できます。
地球の気候は、地球のエネルギーによって大きく左右される
ヨーロッパの日射量マップ
アフリカ・中近東の日射量
モニュメントバレーの孤立した丘（アメリカ
日射量に影響を与える要因
地表で受ける日射量はどこでも均一ではありません。場所や時間によって変化します。熱帯地域で年間日射量が最大になると、極地に向かって徐々に減少していきます。日射量は、夏に多く、冬に少なくなります。日射量に影響を与える主な要因は次のとおりです。
- ソーラーコンスタント
- 太陽の光が入射する角度
- 当日の所要時間
- 地球と太陽の距離
- 大気の透明度
ソーラーコンスタント
地球の大気上層部で受ける日射量は太陽定数で表され、大気上層部（サーモポース）では太陽光に垂直な面で受ける。熱圏界面で受ける平均日射量は1368Wm2(Watt per squaremetre)のエネルギー(太陽定数)で、短波の形をしています。したがって、太陽からの平均的な距離に対する太陽定数と呼ばれている。この太陽定数は、太陽表面の周期的な擾乱や爆発によって1Wm2以上変動しており、基本的には太陽斑に関係している。最近の研究では、黒点の数が多ければ多いほど、より多くのエネルギーが放出されることがわかっている。
入射角
地球は球体に似たジオイドであるため、太陽の光が地表に当たる角度は場所によって異なります。これは、その場所の緯度によって異なり、緯度が高いほど地表との角度は小さくなる。垂直方向の光線がカバーする面積は、斜め方向の光線よりも常に小さくなります。面積が大きくなるとエネルギーが分散され、単位面積当たりの正味のエネルギーが減少してしまうからだ。さらに、角度の小さい太陽の光は、角度の大きい光よりも多くの大気を横切る。
1日の所要時間
一日の長さは、地表が受ける太陽放射の量に影響を与える太陽光の持続時間を決定します。例えば、赤道では昼と夜の長さはすべての月で12時間ですが、北極や南極の熱帯地域では日照時間は0〜24時間の間で変化します。秋分の日（9月23日）と春分の日（3月21日）は、正午に太陽が赤道上にあり、地球上の昼と夜の長さが等しく、赤道上で日射量が最大となり、極地に向かって日射量が減少していきます。赤道では垂直に日差しが当たるが、緯度が高くなるにつれて光線が斜めになるため、極地に向かって受光量が減少していくのである。
地球と太陽の距離
地球は太陽の周りを楕円軌道で回っているため、太陽と地球の距離は年々変化し、地球が受ける太陽エネルギーにも季節変動がある。地球と太陽の平均距離は約1億4,960万kmで、地球の位置が太陽から最も遠くなる（1億5,200万km）のが7月4日の「遠日点」で、最も近くなるのが毎年1月3日の「近日点」（1億4,700万km）である。遠日点では、北半球が太陽に向かっているため、近日点（南半球）に比べてエネルギーの受け取りが約7％少なくなります。
大気の透明度
大気は、その組成や層の違いから、太陽からのすべての放射に対して透明ではない。また、大気は地表に到達する日射量をコントロールする要因の一つでもある。大気は、窒素（N）、酸素（O2）、アルゴン、二酸化炭素、ネオン（Ne）、ヘリウム（He）、メタン（CH4）、クリプトン（Kr）、オゾン（O3）、亜酸化窒素（N2O）、水素（H）、キセノン（Xe）などのガスの混合物である。また、大気中には水蒸気（気体の水）も含まれています。
日照時間が長いほど、1日あたりの日射量は多くなります。
質問と回答
Q: 日射量とは何ですか?
A: 日射量とは、地表に到達する日射量のことです。
Q:日射量はどのように測定されるのですか?
A: 日射量は、1平方センチメートルあたり1分間に受ける太陽エネルギーの量によって測定されます。
Q: 太陽エネルギーとは何ですか?
A: 太陽エネルギーとは、太陽の放射から得られる熱のことです。
Q: 地球上で受ける日射量に影響を与えるものは何ですか?
A: 季節、緯度、大気の透明度、地表の傾斜が日射量に影響を及ぼします。
Q: 日射量は気温にどのような影響を与えますか?
A: 日射量が多いほど、気温は高くなります。
Q: 1日のうちで最も日射量が強いのはいつですか?
A:正午が最も強い日射量です。
Q: 太陽エネルギーは地球で受けても日射と言えるのでしょうか?
A:はい、地球が受ける太陽エネルギーは日射量と呼ばれます。
百科事典を検索する