Resumen de Solar irradiance and actinic flux in the uv range: advances in the characterization of the cloudy scenario
El descenso de la columna de ozono registrado en las últimas décadas ha provocado un aumento de los niveles de radiación UV en superficie. Debido a este hecho, y sabiendo que esta radiación produce efectos sobre la química de la atmósfera y sobre la biosfera, ha sido necesaria la monitorización del campo radiativo en el intervalo del UV, tanto del flujo actínico como de la irradiancia. Estas dos variables se han medido tanto en su régimen espectral como integrado. Una de las variables que representa la irradiancia UV es el índice UV, UVI, que describe los niveles de esta radiación en superficie que producen eritema o quemadura solar en la piel humana. Con respecto al flujo actínico, se estudia la velocidad de fotólisis del ozono, J(O1D). Los principales factores que modulan el flujo radiativo en el UV que llega a la superficie terrestre son la elevación solar, la nubosidad, el ozono, el aerosol, al albedo superficial, y la altitud. Sin embargo, el efecto de las nubes sobre el flujo radiativo no es del todo conocido debido a la carencia de medidas de propiedades de nubes, que muestran una gran variabilidad tanto espacial como temporal, y que van a determinar los niveles finales de radiación en superficie. Por lo tanto, el principal objetivo de este trabajo es caracterizar el flujo radiativo bajo condiciones de cielos totalmente cubiertos.
Un gran número de instrumentos ha sido necesario en la realización de esta tesis doctoral en tres estaciones europeas. Se han realizado medidas de la irradiancia espectral (componente global y difusa), del flujo actínico espectral, del UVI y J(O1D), del espesor óptico de las nubes (COT), del contenido de agua líquida (LWP), del radio efectivo de las gotas de las nubes (reff), de la columna de ozono (TOC), de la cubierta, base y cima de las nubes, del espesor óptico de aerosoles (y su distribución vertical). Se han utilizado también simulaciones con el modelo de transferencia radiativa libRadtran, lo más precisas posibles considerando en las entradas propiedades de nubes y aerosoles, el tipo de atmósfera, el albedo superficial, entre otros.
La caracterización del UVI y J(O1D) en condiciones de cielos totalmente cubiertos se ha realizado con datos experimentales y simulados. El ángulo cenital solar (SZA) y la TOC conservan un papel relevante en el escenario de cielos totalmente cubiertos, mientras que el aerosol solo muestra un efecto importante para el J(O1D). Como el factor de modificación de nubes (CMF) se ha utilizado para investigar el efecto de éstas, ha sido necesaria una buena estimación bajo cielos despejados. Se ha estudiado la dependencia del CMF para el UVI y el J(O1D) en función del COT. Los resultados obtenidos tanto experimentales como simulados son muy similares. Además, no hay diferencias significativas entre el CMF(UVI) y el CMF(J(O1D)). La relación entre el CMF y el COT se puede establecer como CMF = 1 / (1 * a COT).
Con respecto a la dependencia espectral (determinada de dos formas distintas usando el COT y medidas de propiedades microfísicas de nubes), los CMFs para la irradiancia global y difusa y el flujo actínico tienen diferentes tendencias. El CMF para la componente global de la irradiancia aumenta hasta los 320 nm, y decrece a partir de esta longitud de onda con un efecto del SZA no muy marcado. El CMF para el flujo actínico, por encima de los 320 nm, presenta tres tendencias: un ligero aumento para bajos SZAs, un decrecimiento para moderados SZAs, y una fuerte tendencia decreciente para altos SZAs. El CMF para la irradiancia difusa aumenta con la longitud de onda. Los fenómenos involucrados en la atenuación de la radiación UV en presencia de nubes son la dispersión sobre moléculas y partículas de aerosol y nubes, y la absorción por el ozono. Estos procesos provocan los siguientes mecanismos: reflexiones múltiples entre la nube y la atmósfera de encima, una mayor absorción por ozono, una dependencia con el SZA y la longitud de onda en la atenuación, y fotones llegando desde el zenit por el efecto Umkehr (más efectivo para las longitudes de onda más pequeñas). Estos efectos se tienen que tener en consideración cuando se están calculando los efectos biológicos, puesto que si se supone un CMF constante con la longitud de onda, se produce una importante sobreestima de la radiación UV.
En el análisis realizado con las propiedades microfísicas de nubes, las gotas con un radio efectivo más pequeño van a producir una mayor atenuación de los flujos radiativos en el escenario de cielos totalmente cubiertos. Con respecto al diferente comportamiento entre la irradiancia y el flujo actínico, mientras que la irradiancia es más fuertemente atenuada para bajos SZAs, el flujo actínico muestra los valores más pequeños de CMF a altos SZAs. Esto se debe a la diferente definición de las dos variables, y por lo tanto, al diferente peso de las componentes directa y difusa.
Un caso particular que presenta una capa de aerosol desértico debajo de la capa de nubes (de 8 octas) se ha usado para determinar el impacto del aerosol en la transmitancia de la nube. El modelo libRadtran se ha usado para realizar un análisis de sensibilidad ante las propiedades de nubes y aerosol. Los resultados indican que el albedo de dispersión simple del aerosol es un factor muy relevante que afecta tanto a la componente global como a la difusa del CMF. Mientras que las propiedades ópticas de las nubes (el albedo de dispersión simple y el factor de asimetría) determinan los valores y la dependencia espectral del CMF (tanto global como difuso), otros parámetros como la altura de la base de la nube o el espesor geométrico de la capa de nubes toman un papel menos relevante.
