A melhor maneira de quantificar a irradiância solar global é, sem dúvida, a piranométrica, ou seja medindo-se diretamente a grandeza. Entretanto, em virtude, muitas vezes da escassez desse dado meteorológico, torna-se necessário recorrer a formulações empíricas que permitem estimar a irradiância solar em termos de outros elementos meteorológicos, tais como nebulosidade, duração do número de horas de brilho solar, etc.
Dentre as diversas expressões empíricas apresentadas na literatura para estimar a irradiância solar global ao nível do solo, em escala de tempo diária, a de uso mais difundido é aquela proposta em 1924, por Ångström e mais tarde modificada por Prèscott (citado por Vianello e Alves, 1991):
em que, Rg é a irradiância solar global à superfície, Ro é a irradiância solar global diária no "topo da atmosfera"; a e b são coeficientes empíricos, obtidos por análise de regressão linear para uma determinada localidade; n é a duração do brilho solar observado, em horas e N é a duração astronômica do período diurno, ou fotoperíodo, em horas. A razão n/N é referida como razão de insolação. A razão Rg/Ro é referida como transmissividade global da atmosfera.
Os valores de Ro (em MJ/m2.dia), pode ser estimado por meio da equação
Note-se que a escala de tempo para essa estimativa é diária, desde o nascer até o pôr-do-Sol.
A duração do dia, ou fotoperíodo (N) pode ser estimada, desprezando-se os efeitos de refração da atmosfera, por
sendo N, a duração do fotoperíodo, em horas, H, o ângulo horário do pôr-do-Sol, expresso em graus. Quando se incorporam os efeitos de refração da atmosfera, Varejão-Silva (2000), sugere o cálculo do fotoperíodo utilizando-se a equação
O ângulo horário do pôr-do-Sol é estimado por
A declinação solar, ângulo formado pelo vetor centro da Terra ao centro do Sol e o plano do Equador pode ser estimado, segundo Cooper (1969), citado por Vianello e Alves (1991), por
ou ainda, segundo Pereira et al. (2002)
em que nj é o dia do ano. Considera-se o dia 1° de janeiro como nj=1, e 31 de dezembro como nj=365 ou 366 dependendo do ano ser ou não bissexto. Na prática, para saber se um dado ano é, ou não bissexto, basta dividir o número correspondente ao ano por 4. Se o resultado for um número inteiro, então o ano é bissexto (ex. 1980/4 = 495, portanto 1980 foi um ano bissexto; 1998/4 = 499,5, logo 1998 não foi um ano bissexto). A exceção a esta regra, é quando o ano termina em 00. Neste caso deve-se dividir por 400 (ex. 2000/400 = 5, portanto o ano 2000 foi bissexto, entretanto 2100/400 = 5,25, portanto, 2100, não será um ano bissexto). A Figura 14 está mostrada a periodicidade anual da declinação solar. Na Tabela 1 estão apresentados os valores da declinação solar para cada dia do ano.
A figura acima ilustra a declinação solar diária, no decorrer do ano.
A figura acima ilustra o número máximo de horas de brilho solar (fotoperíodo) a cada dia para cinco latitudes.
O fator de correção para a distância Terra-Sol pode ser estimado, segundo Spencer (1971) citado por Vianello e Alves (1991), utilizando-se a equação:
onde
De modo simplificado, segundo Pereira et al. (2002), esse fator pode ser estimado por
A figura acima representa os valores diários para o fator de correção para a distância Terra-Sol (adimensional).
Quanto aos coeficientes "a'' e "b" da equação modificada de Ångström-Prèscott, muitos pesquisadores têm apresentado valores para diferentes localidades do Brasil.
