Anàlisi observacional i modelització de la sensibilitat de la irradiància solar espectral UV a l'espectre solar extraterrestre i a la columna total d'ozó

Abstract

La radiació solar UV que incideix sobre la superfície terrestre depèn de diferent factors astronòmics i meteorològics com l'angle solar zenital, la columna total d'ozó, la nuvolositat i la terbolesa atmosfèrica. Tot això es tradueix en un gran nombre de variables a caracteritzar a l'hora de modelitzar la irradiància solar espectral amb models de transferència radiativa. <br/><br/>Un dels objectius generals de la present tesi és la millora de la predicció de l'anomenat índex UV a partir del coneixement de la sensibilitat dels models radiatius a variables poc estudiades des del punt de vista de la modelització com l'espectre solar extraterrestre o el perfil vertical d'atmosfera. Els resultats mostren que l'elecció d'un determinat espectre extraterrestre en la modelització dóna lloc a diferències en la irradiància eritemàtica d'un 3-10\% respecte a les mesures. <br/><br/>També s'ha volgut caracteritzar l'efecte d'altitud sobre la radiació solar UV a partir de mesures espectrals i de banda ampla i models de transferència radiativa. Quan l'atmosfera està neta d'aerosols l'efecte d'altitud s'aproxima al límit teòric de l'atmosfera de Rayleigh però aquest valor augmenta quan els punts considerats estan sota condicions de terbolesa elevada. L'efecte d'altitud en la irradiància solar UV també presenta un increment per longituds d'ona curtes. <br/><br/>D'altra banda una altra motivació dels treballs desenvolupats a la tesi ha estat establir una climatologia de la columna total d'ozó sobre l'àrea de Barcelona a partir de mesures de satèl·lit caracteritzant la seva variabilitat a diferents escales temporals i la tendència observada en els seus valors en les últimes dècades. Dins de la variabilitat a curt termini existeixen els episodis extrems d'ozó caracteritzats per una reducció o augment dels valors normals de la columna total d'ozó que ràpidament es recupera uns pocs dies. Els mini-forats d'ozó són més rellevants degut als potencial efectes nocius que poden produir al incrementar-se la irradiància biològicament efectiva. Per aquest motiu s'ha realitzat una climatologia del episodis extrems d'ozó i s'han estudiat en profunditat dos d'aquests casos tant la seva formació com la influència sobre la radiació solar UV.

<i>SUMMARIZE OF THE THESIS:<br/> <br/>Solar UV radiation reaching the Earth's surface depends on various meteorological and astronomical factors such as solar zenith angle, total ozone column, cloud cover and atmospheric turbidity. All this translates into a large number of variables to characterize in the modelling of the solar spectral irradiance with radiative transfer models. <br/><br/>One of the objectives of this thesis was to improve the prediction of the ultraviolet index studying the sensitivity of the radiative models to variables that have been little studied in modelling such as the solar extraterrestrial spectrum or the vertical profile of the atmosphere. The results show that the choice of a particular spectrum in the modelling leads to differences in erythemal irradiance of 3--10\% from the measurements. <br/><br/>It also has sought to characterize the altitude effect on UV radiation from spectral and broadband measurements and radiative transfer models. When the air is clean the altitude effect is approaching the theoretical limit of the Rayleigh atmosphere but this value increases when the considered points are under conditions of high turbidity. The altitude effect in solar UV irradiance also shows an increase in short wavelengths. <br/><br/>Furthermore another motivation of the works on the thesis has been to establish climatology of total ozone column over the area of Barcelona from satellite measurements characterizing variability in different time scales, and the trend in values in the recent decades. Variability within the short term, ozone episodes are characterized by extreme reduction or increase in value of the total ozone column, recovering quickly in a few days. The ozone mini-holes are more relevant because of the potential harmful effects that may occur with the increasing biologically effective irradiance. A climatology of extreme ozone events have been made and two cases have been studied from their formation to the influence on solar UV radiation. </i>