空气分子（即氮、氧和其他组分）可散射与其分子大小相当的短波辐射，这被称为瑞利散射。水滴和气溶胶散射辐射的波长与这些颗粒的直径相当。因此，大气的浊度、灰尘含量或云层量的增加均会导致太阳辐射的散射量增加。散射的结果是部分直射辐射被转换为散射辐射。较高的浊度和云层覆盖量会增加较长波长辐射的散射，从而导致天空越来越白。由于大气散射作用，一部分入射的太阳辐射被反射回大气层外，一部分成为散射辐射从天空的各个方向到达地球表面。既不被散射也不被大气吸收的太阳辐射成为直射辐射到达地球表面。这些过程如图2.12和图2.13所示。
散射太阳辐射通常是各向异性的，这是由于：
1）密云；
2）环日增亮；
3）天边增亮；
4）碎云。
碎云是造成散射辐射各向异性的主要原因。然而，在云层厚度均匀的阴天，天顶附近比靠近天边的区域更亮。这与在晴空下产生天边增亮的现象相反。天边增亮是由悬浮在大气中的灰尘物质引起的，光线发生前向Mie散射。由气体分子瑞利散射的散射光在所有方向上均相同。因此，大部分由灰尘散射的直射辐射将在太阳直射方向上产生偏离直射光束仅有几度的锥形角。因此，太阳周围各向同性天空的辐射强度可以比平均天空辐射强度高10倍，这取决于大气中的灰尘含量。如果空气很干净，环日散射辐射会很小，而高度污染或多尘的空气则会完全遮蔽天空。大气瑞利散射和Mie散射产生了空间均匀的浊度，其可以适用于物理建模（Kittler，1986）。云层带来的空间各向异性可以迅速转变。对于间歇性的部分云层覆盖，难以通过建模进行一般化的预测并与测量值进行比较。实际上恰好相反，它是从测量中获取相关参数，使部分云层的影响能够被包含在太阳辐射模型中；例如Perez倾斜辐照度模型（Perez等，1983，1990a，b，c，1993）包含了天空透明度（法向直射辐射和水平散射辐射之比）和天空亮度（散射辐射与大气层外太阳辐射之比）。因为天空透明度参数在多云的天空下是恒定的，所以天空亮度成为描述云层不透明度的必要参数。此外，即使在无云的天空下，天空透明度参数也不足以反映大气混浊状况。
因为太阳辐射在天边附近穿过的大气质量比其在天空更高位置时穿过的更大，所以导致更多的辐射从天边附近被散射向观察者，从而产生晴空下的天边增亮现象。这种影响主要是来自瑞利散射，但是会由于大气中存在灰尘而得到增强，这些大气中的灰尘主要集中在低海拔地带，从而产生低海拔Mie散射。
为了估计假设各向同性散射辐射所引起的误差，Dave（1977）采用第一性原理计算了无吸收和各向异性大气层的散射辐射分布，并发现采用各向同性的假设会将散射辐射低估1～6倍。Liu和Jordan（1962）的模型与低辐照度下（＜300Wm-2）的观测值有较高的吻合度，即阴天条件下的各向同性假设是最有效的；但是在较高的辐照度（＞500Wm-2）情况下，Liu和Jordan的模型会将倾斜面的辐射值低估3%～20%（Klucher，1979）。此外，该模型也不足以预测非均匀晴朗、部分多云天空条件下倾斜面的太阳辐照度（Klucher，1979）。
如果存在环日散射辐射，这将会导致在朝向赤道的平面上测得的散射辐射大于根据假设各向同性的天空模型所预测的结果（Lloyd，1984）。相反，当假设散射辐射为各向同性时，朝向两极的平面上预测的辐射强度将会被高估。当假定各向同性天空时，天边增亮会使得在任何倾斜面上测得的太阳辐射大于模型预测结果。当假设散射辐射各向同性分布时，预测的总辐照度在朝向赤道的平面上比实际值约低5%，在朝向两极的平面上比实际值约高40%（Lloyd，1984）；但是当朝向两极的平面上的太阳辐射较小（除对于高纬度地区夏季的早晚时分）时，两个朝向上散射辐射测量值和预测值间的绝对差很相近。
由Klucher的“全天空”各向异性模型（Klucher，1979）给出的散射辐射分布与观测值的误差平均都在5%以内。它是基于Temps和Coulson（1977）早期的“晴空”模型推导的，他们在Liu和Jordan方法的散射太阳辐射项中应用了两个校正因子。这些因子旨在表示在其他更均匀的阴天散射辐射分布中发现的各向异性区域，Klucher（1979）通过调制函数扩展了Temps和Coulson模型，使其可以应用于从晴天到阴天的所有天空条件。
在阴天的情况下，当散射辐射与总辐射的比例是1时，全天空各向异性模型则简化为Liu和Jordan的各向同性模型。对于晴空，散射辐射与总辐射的比值小，全天空模型接近于Temps和Coulson的晴空模型。像Liu和Jordan一样，Hay（1979）将倾斜面的太阳总辐射分成了三个部分：直射辐射、散射辐射和地面反射辐射。Hay的各向异性模型与Liu和Jordan模型的不同之处在于，其假设倾斜面上散射辐射分布中所有各向异性的环日项与环日增亮相关，如图3.19所示。这两个组成部分用晴空指数表示。(https://www.xing528.com)
Hogan和Loxsom（1981）通过比较散射太阳辐射模型的结果与3个月的辐射数据得出，Liu和Jordan（1962）的各向同性模型、Hay的各向异性模型（Hay，1979）和Klucher的全天空模型（Klucher，1979）都无法准确预测垂直表面的辐射。基于有限的数据库，Klucher模型得到了一致性最好的结果。比较所使用的地面反射项后，Hogan和Loxsom（1981）发现，无论是否有地面反射项，Klucher模型的表现都优于其他两个模型。例如，对于朝南倾角为20°的表面，Klucher模型可在98.5%时间内正确预测逐时总太阳辐射。然而，当采用相同的模型预测在朝北、朝南、朝东或朝西垂直面上的结果时，有超过50%的时间会产生明显误差。Ma和Iqbal（1983）使用在安大略省Wood- bridge收集的数据，再次比较了这三个模型，结果显示在预测朝南倾斜面上的太阳辐射时，Hay和Klucher模型同样准确，优于Liu和Jordan模型。各向同性模型在全年内都低估了太阳辐射；Hay模型的全年结果也偏低，但偏差较小；Klucher模型的夏季值偏高而冬季值偏低。当倾角达到60°时，Klucher和Hay模型的最大方均根误差小于15%。这三个模型在倾角增加时都会产生较大的误差（Ma和Iqbal，1983）。
Perez等（1986）建立了一个能更好地比较Liu和Jordan、Hay及Klucher方法的模型，其包括：
1）天空穹顶的几何表示，包含独立可变的环日增亮和天边增亮；
2）太阳辐射条件的参数描述；
3）采用实验推导出的环日增亮和天边增亮随太阳辐射条件的变化。
障碍物对到达表面的太阳辐射量可能会产生以下影响：
1）直射辐射完全衰减并形成阴影；
2）所接收的太阳总辐射的散射部分减少；
3）入射辐射的地面反射部分减少；
4）太阳辐射在表面的散射和镜面反射增强。
这些分量的大小取决于障碍物的长度、反射率及太阳辐射在其表面的入射角度和强度。评估由于遮挡带来的太阳能损失需要数值积分。为了精确计算，遮挡物几何形状的影响被大量研究，得到了一些理论解，它们可以比数值积分更快地得到结果（Sharp，1981，1982）。
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