UV.-Efectos-biol¢gicos.ppt

José A. Martínez Lozano
Grupo de Radiación Solar de Valencia
Mayo 2003
Radiación Solar UV
Efectos Biológicos

Radiación solar UV. Efectos biológicos 2
Radiación Solar UV. Efectos Biológicos
• El espectro de la radiación UV. Influencia de la
atmósfera.
• Medida de la radiación UV a nivel del suelo.
• Efectos biológicos de la radiación UV.
• Fotoprotección.
• El índice de predicción eritematica (UVI).
• Modelización de la radiación UV.
• La predicción del UVI en la Comunidad Valenciana.

El espectro de la radiación UV
Influencia de la atmósfera

El espectro de la radiación emitida por el sol
Irradiancia solar espectral () comparada con la irradiancia espectral de un
cuerpo negro a 5777 K (---).

Radiación solar UV
Distribución de la irradiancia solar extraterrestre
Banda Espectral
Long. onda
l (nm)
Irradiancia
I (W.m-2)
Fracción del total
(%)
Ultravioleta l < 400 109.8 8.0
Visible 400 < l < 670 634.4 46.4
Infrarrojo l > 770 622.8 45.6

Radiación solar UV
Distribución de la irradiancia solar ultravioleta extraterrestre
Banda Espectral
Long. onda
l (nm)
Irradiancia
I (W.m-2)
Fracción del total
(%)
UV-C 250 < l < 290 11.0 0.8
UV-B 290 < l < 320 23.6 1.7
UV-A 320 < l < 400 75.2 5.5

Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar UV
Absorción
Mecanismos de absorción-emisión de los elementos gaseosos
Atómos:
• Transiciones electrónicas
Moléculas diatómicas:
• Transiciones vibracionales
• Transiciones rotacionales
Moléculas triatómicas:
• Transiciones vibracionales
• Transiciones rotacionales

Absorción
Constituyentes gaseosos de la atmósfera
Formando moléculas diatómicas:
• Nitrógeno Molecular (N2)
• Oxígeno Molecular (O2)
Transiciones energéticas:
Electrónicas y vibracionales.
Muy energéticas.
Bandas de absorción ubicadas en el UV y visible.

Absorción
Constituyentes gaseosos de la atmósfera
Formando moléculas triatómicas:
Lineales: Dióxido de carbono (CO2),
Oxidos de nitrógeno (NO2)
Transiciones electrónicas, vibracionales y rotacionales con dos
grados de libertad (abarcan hasta el IR térmico)
Triangulares top: Ozono (O3)
Vapor de agua (H2O)
Transiciones electrónicas, vibracionales y rotacionales con tres
grados de libertad (abarcan hasta el microondas)

Absorción

Absorción
Componentes gaseosos con bandas de absorción en el UV
Moléculas diatómicas
• Nitrógeno Molecular (N2)
• Oxígeno Molecular (O2)
Moléculas triatómicas
• Lineales: Oxidos de nitrógeno (NO2)
• Triangulares top: Ozono (O3)

Absorción
Nitrógeno Molecular (N2)
Bandas de absorción
- 80 nm: bandas de ionización
80 - 100 nm: Tanaka-Werley
100 - 145 nm: Lyman-Birge-Hopfield

Absorción
Oxígeno Molecular (O2)
- 100 nm : Hopfiel
100 - 125 nm: Bandas no muy bien conocidas. Lyman (121.6 nm)
125 - 200 nm: Schumann-Runge. Continuo en 175-200 nm
200 - 260 nm: Horzberg. Continuo muy débil.
Se solapa con la Hartley de ozono

Absorción
Ozono (O3)
200 - 300 nm: Hartley. La más fuerte
300 - 360 nm: Huggins. Fuerte dependencia con la temperatura
400 - 850 nm: Chappuis. Máximo amplio alrededor de 600 nm.
Es la única absorción importante en el visible

Absorción
Oxidos de Nitrógeno (NO2)
Presenta una banda que se extiende de 200-600 nm, aunque su
influencia es mucho menor que la del ozono.

Absorción

Absorción
Perfil de absorción con la altura
Termosfera: Oxigeno Molecular (Schumann-Runge 100-175 nm)
Mesosfera: Oxigeno Molecular (Schumann-Runge 175-200 nm)
Estratosfera Oxigeno Molecular (Herzberg 200-240 nm)
Ozono (Hartley 200-310 nm)
Estratosfera/
troposfera Ozono Huggins 310-400 nm)
Troposfera Ozono (Chappuis 400-850 nm)

Absorción
Efectos de la absorcion
Termosfera (para alturas superiores a 100 km)
-100 nm : Oxígeno molecular se disocia en Oxigeno atómico
Nitrógeno molecular se disocia en Nitrógeno atómico
O y N presentan bandas de absorción electrónicas.
Absorben la UV más energética y se ionizan
Formación de las capas de la Ionosfera

Absorción
Efectos de la absorcion
Atmósfera Media (Troposfera+Estratosfera)
Fotoquímica del Ozono

Fotoquímica del ozono
(Bases de la teoría de Chapman, 1930)
Disociación del O2 por absorción
de radiación de alta frecuencia
O2 + hn O + O (l < 242 nm)
Recombinación parcial
O2 + O + M O3 + M
(M molécula de aire necesaria
para la conservación del momento)

Destrucción parcial (fotodisociación)
O3 + hn O2 + O (l > 242 nm)
Otras reacciones desencadenadas por el O generado en la disociación de O2
O + O3 2O2
O + O + M O3 + M
Este esquema es el responsable del máximo de O3 en la estratosfera media

Este ciclo natural puede verse alterado por distintos mecanismos de
destrucción de ozono, que tienen lugar a diferentes alturas de la atmósfera:
Alta estratosfera (por encima de 55 km)
Radicales OH y átomos de H, producidos por la disociación de H2 y NH4.
Estratosfera media
• Óxidos de nitrógeno. El causante es el NO, que a su vez
deriva del N2O que es un contaminante producido en la
superficie
• Cloro (denominado en este contexto clorina). Deriva de
la disociación de los CFC (básicamente CFC-11 y CFC-
12) generados en la superficie

Destrucción por oxidos de nitrógeno
NO + O3 NO2 + O2
N O2 + O NO + O2
Balance neto: O3 + O 2 O2
Destrucción por clorina
Cl + O3 ClO + O2
ClO + O Cl + O2
Balance neto: O3 + O 2 O2

Destrucción del ozono antártico: 2O3 + Cl = 3O2 + Cl

Dispersión
La dispersión es un proceso continuo (no depende de la longitud de onda)
Está originado por:
• Moléculas de aire. Dipersión de Rayleigh
• Aerosoles (incluyen gotas de agua y cristales de hielo). Dispersión de Mie
Las nubes básicamente reflejan parte de la radiación incidente, dispersando
el resto. Prácticamente no absorben en el rango UV.

Dispersión
Variación del espesor óptico de Rayleigh
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
l (µm)
Leckner
Moller
Margraff
Frohlich
Lowtran-5
Hansen
klR
0.9 1

Radiación UV a nivel del suelo
Factores que determinan la radiación solar UV incidente a nivel
del suelo
Altura solar
Normalmente en un día de verano, en las cuatro horas centrales alrededor del
mediodía solar se recibe el 50% de la radiación UV.
Altitud del terreno sobre el nivel del mar
Los niveles de radiación aumentan aproximadamente un 6% por cada km
que ascendemos sobre el nivel del mar.
Reflectividad del suelo (albedo)
Especialmente importante en la nieve (80%), pero también en la arena (40%).
No así en el agua, donde solo es de un 5%.

del suelo
Dispersión molecular
Mayor cuando menor es la longitud de onda, lo que explica el color azul del
cielo en ausencia de nubes. En el rango UV el 50% de la radiación que llega
al suelo lo hace en forma de radiación difusa.
Ozono estratosférico
Su influencia sobre la radiación ultravioleta es tan importante que su
estudio es el principal factor a tener en cuenta en la estimación de la
radiación UV a nivel del suelo en ausencia de nubes.

del suelo
Nubosidad
Es el principal atenuante de la radiación solar en general, pero en el caso de
la radiación UV solo tiene gran importancia cuando las nubes son bajas.
Aerosoles
Actúan mediante procesos combinados de absorción y dispersión.
Actualmente constituyen el mecanismo menos conocido de todos los que
influyen sobre la radiación.

Medida de la radiación UV a
nivel del suelo

Medida de la radiación UV
Medidas espectrales a nivel del suelo
Instrumentación: Espectroradiómetro Brewer
Respuesta
espectral
286.5-363 nm
Respuesta coseno
5% para un ángulo cenital
solar hasta 60º
Precisión
1% (medidas de ozono en
dirección solar)
Resolución
0.6 nm a
303.2, 306.3, 310.1 313.5,
316.8, 320.1 nm
Dimensiones 70 x 46 x 34 cm.
Peso
34 kg (90 kg sistema
entero)
Rango de
temperatura
ambiental
- 20 ºC hasta + 40 ºC

Medidas espectrales a nivel del suelo
Instrumentación: Espectroradiómetro Optronic
Rango: 250-800 nm
Ancho de banda: 2 nm
Mínimo paso banda: 0.05 nm
Doble monocromador:
1200 líneas/mm
Receptor: esfera integradora ( PTFE)
Detector: fotodiodo silicio
(estabilizado en Temperatura)

Medidas integradas a nivel del suelo
Instrumentación: Radiómetro de banda ancha YES
Respuesta
espectral
280-330 nm
Respuesta coseno
5% para un ángulo
cenital solar hasta 60º
Sensibilidad
1.97 V/(W/m2) de
irradiancia UVB efectiva
Área activa del
sensor
Diámetro aproximado de
2.54 cm
Tamaño del
sensor
12.9 cm de altura y 14.6
cm de diámetro la base
Peso 1.3 kg
Tiempo de
respuesta
0.1 s
Rango de
temperatura
ambiental
- 40 ºC hasta + 40 ºC

Medidas integradas a nivel del suelo
Instrumentación: Radiómetro de banda ancha YES

Aplicaciones de las medidas de radiación UV
Cuando se establece un programa de medidas de UV a
nivel del suelo, normalmente es con uno o varios
objetivos requeridos por comunidades de usuarios
distintas, y que requieren estrategias experimentales
diferentes.

Aplicaciones de las medidas de radiación UV
- Determinar procesos que afectan a la cantidad de UV que alcanza la
superficie terrestre, estableciendo la relación causa-efecto de los factores
que influyen sobre los niveles de UV (por ejemplo ozono, aerosoles, etc).
Medidas espectrales.
- Determinar tendencias de valores de UV, normalmente a lo largo de
períodos de décadas, con el fin de detectar anomalías que pueden tener
lugar durante periodos de tiempo relativamente cortos (meses o años).
Medidas espectrales y de banda ancha.
- Desarrollar una climatología de la radiación UV, necesaria para
establecer la distribución geográfica y estacional de valores medios y
oscilaciones de la UV que alcanza la superficie terrestre.
Medidas de banda ancha.

Climatologia de la radiacion UV
Disponer de una red de densidad adecuada que permita establecer valores
climáticos de irradiancia UV, en particular UVB.
Los instrumentos deben ser robustos, de fácil manejo y coste no muy
elevado: Radiómetros de banda ancha.
Debe proporcionar información a la comunidad de usuarios en varios
campos: como salud humana, comportamiento de ecosistemas terrestres y
marítimos, envejecimiento de materiales, etc.
Es el tipo de red que se emplea para la determinación del UVI.

Efectos biológicos de la
radiación UV

Efectos biológicos
Efectos de la radiación UV
Acciones fotobiológicas más importantes:
• Bactericida
• Eritemática
• Hemolítica
• Coagulación de la albúmina
• Destrucción del ADN.
La radiación UV, y particularmente la UVB, tiene una gran influencia en el
desarrollo de los ecosistemas terrestres y marinos, siendo en muchos casos un
indicador del desarrollo de los mismos

Efectos biológicos
Efectos de la radiación UV
Al margen de los efectos biológicos, la acción de la radiación solar UV es muy
importante en procesos tan diferentes como:
• Degradación de materiales empleados en la construcción.
• Degradación de plásticos y pinturas
• Detoxificación catalítica.

Efectos biológicos
Efectos de la radiación UV sobre los seres humanos
Piel
Corto plazo: eritema (quemadura solar) y bronceado
Largo plazo: fotoenvejecimiento prematuro, engrosamiento cutáneo,
aparición de pecas y lunares, queratosis solar y cáncer de piel no melanoma
El cancer de piel no melanoma es el mas frecuente de entre los cánceres en
humanos.
De todos estos efectos el más común es el eritema o quemadura solar.

Efectos biológicos
Ojos
Cataratas
Fotoqueratitis
Sistema inmunológico
Aumento del riesgo de infecciones
Reducción de las defensas corporales

Efectos biológicos
Algunas estimaciones del UNEP (United Nations Environment
Programme)
A nivel mundial se detectan anualmente alrededor de 2 millones de canceres
de piel tipo no-melanoma, y 200.000 melanomas malignos.
Del orden de 12 a 15 millones de personas sufren ceguera debido a cataratas.
La OMS estima que el 20% de ellas son debido a la exposición de la radiación
UV.

Efectos biológicos
Efecto eritemático
(Eritema = quemadura solar)
¿Se puede cuantificar la capacidad de la radiación UV para provocar
eritema?
Los efectos biológicos se cuantifican mediante sus espectros de acción:
Medida de un efecto biológico en función de la longitud de onda de la
radiación que lo induce.
El espectro de acción del eritema humano (respuesta de la piel frente a la
quemadura solar) muestra un valor máximo en los 297 nm. La CIE
(Comission Internationale de l'Eclarage) adoptó en 1987 una "Curva
Estándar de Eritema".

Efectos biológicos
Efecto eritemático
Curva estándar del espectro de acción eritemática normalizada a 1 para la
longitud de onda de 297 nm
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
10
1
280 300 320 340 360 380 400
Efectividad
eritematica
relativa
l (nm)

Efectos biológicos
Efecto eritemático
Irradiancia UV eritematica (UVER)
El espectro de acción del eritema humano se utiliza para la determinación de
la radiación ultravioleta eritemáticamente activa (UVER).
Esta radiación UVER se calcula superponiendo la curva espectral de la
radiación solar incidente a nivel del suelo con la curva del espectro de acción
del eritema de la CIE.

Efectos biológicos
Efecto eritemático
Dosis eritemática a nivel del suelo (línea de trazos)
Efecto combinado de la irradiancia solar espectral a nivel del suelo (línea
continua) y de la respuesta espectral de la piel humana (línea de puntos).
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
280 300 320 340 360 380 400
l (nm)
Irradiancia
espectral
(W
m
-2
nm
-1
)

Efectos biológicos
Fototipos
El estudio de la influencia eritemática se realiza a partir de la dosis mínima
de UVER necesaria para producir un enrojecimiento apreciable en la piel.
Esta dosis se conoce internacionalmente como MED (mínimum erythemal
dosis), y está referida a un tipo de piel considerada como normal (fototipo).
Fototipos definidos por la norma DIN 5050
Tipo de
piel
Bronceado Quemadura
Color de
pelo
Color de ojos MED(J/m2)
I Nunca Siempre Rojo Azul 200
II A veces A veces Rubio Azul/verde 250
III Siempre Rara vez Castaño Gris/marrón 350
IV Siempre Nunca Negro Marrón 450

Efectos biológicos
Fototipos
La mayoría de los países europeos han adoptado para la MED de los distintos
fototipos las recomendaciones del grupo de trabajo de la Acción COST 713.
Fototipo MED
Tipo I 200 J/m2 (20 mJ/cm2)
Tipo II 250 J/m2 (25 mJ/cm2)
Tipo III 350 J/m2 (35 mJ/cm2)
Tipo IV 450 J/m2 (45 mJ/cm2)

Efectos biológicos
Fototipos
Actualmente (CIE, 2000)
SED (Standard Erythema Dose)
Definida de forma inequívoca: 100 J/m2 (10 mJ/cm2) de
radiación UVER

Fotoprotección

Fotoprotección
Fotoprotección
Efectos de la UV sobre la piel inmediatos o agudos :
Relativamente fáciles de estudiar en el laboratorio
Efectos de la UV sobre la piel a largo plazo:
Estudios epimediológico
Canceres de tipo no melanoma:
Debidos a los efectos acumulativos de una exposición solar prolongada.
Las pieles tipo I y II son las mas sensibles a ellos.
Paises con predominio de fototipos I y II:
Ascenso del número de canceres de piel alrededor de un 7% anual.
En Australia el cancer cutáneo se ha incrementado 10 veces mas que en
Europa.

Fotoprotección
Fotoprotección
Causas de este incremento:
Existe consenso entre los epidemiólogos en que la causa no radica en la
disminución de la capa de ozono, sino principalmente en que los hábitos de la
población han cambiado frente al sol, y ello desde la infancia.
Las vacaciones generalizadas y la mejora de la calidad de vida, junto con el
mito del bronceado estético y saludable, han hecho que se incrementara la
exposición solar y las condiciones fueran más agresivas.
Solución práctica al problema:
Cambio en los hábitos de exposición solar y una fotoprotección solar
adecuada.

Fotoprotección
Fotoprotección
Mecanismos de fotoprotección
Barreras físicas
Cualquier material que absorba o disperse la radiación.
Para la radiación solar, la atmósfera constituye el primer filtro efectivo. Se
puede considerar que al mediodía en verano en cielos sin nubes la atmósfera
reduce en un factor 20 (para atmósferas limpias) y 30 (para atmósferas
turbias) el poder eritemático de la radiación solar.

Fotoprotección
Fotoprotección
Protectores químicos
Filtros solares tópicos y/o agentes sistémicos.
La fotoprotección sistémica incide sobre los mecanismos de las lesiones
producidas por la radiación o sobre sus consecuencias para evitar justamente
los efectos nocivos inmediatos y a la largo plazo de las radiaciones no
ionizantes, especialmente la UV.
Una acción antioxidante seria la base de la acción fotoprotectora.

Fotoprotección
Fotoprotección
Protectores biológicos
Mecanismos de defensa propios del organismo afectado, en particular la
liberación de la melanina y la queratina.
El bronceado, originado por la liberación de melanina, es normalmente
considerado como signo de buena salud y estéticamente agradable.
Sin embargo el bronceado es un síntoma de daño de la piel. No previene el
daño solar, es en sí mismo un daño solar.

Fotoprotección
Fotoprotección
Filtros solares
Sustancias que atenúan la radiación UV mediante absorción o reflexión.
Actualmente todos los filtros protegen frente a la radiación UVB y UVA.
Filtros químicos
Preparados que contienen moléculas que absorben la radiación UV,
aplicándose de forma directa sobre la piel para disminuir la UV que penetra
en la epidermis.
Filtros físicos
Pantallas opacas que reflejan y dispersan la radiación. Preparados
micronizados cuyas partículas reflejan las radiaciones de longitudes de onda
más cortas que el visible, por lo que son invisibles.

Fotoprotección
Factor de Protección Solar (FPS)
La capacidad de fotoprotección de un determinado material frente a la
radiación UVB se expresa en términos del factor de protección solar (sun
protection factor, SPF), que proporciona el nivel de protección frente al
eritema inmediato.
El SPF es un valor adimensional obtenido a partir de medidas de laboratorio
y refleja la proporción de radiación UVB que es filtrada por un determinado
producto. Se aplica normalmente a protectores solares de uso tópico, pero se
han desarrollado índices similares para productos tales como tejidos o
cristales ópticos.
El SPF es un valor integrado para todo el intervalo espectral considerado.

Fotoprotección
Para determinar los factores de protección se realiza una integración
ponderada respecto al espectro de acción de la reacción a considerar.
De esta manera se puede definir de forma general un factor de protección
integrado frente a la radiación solar (FP) a partir de la expresión
FPS =
donde Il es la irradiancia espectral en el rango considerado, tl es la
transmisividad espectral del material utilizado, y el es el espectro de acción
normalizado de la reacción a considerar frente a la radiación Il.
390
λ λ
250
390
λ λ λ
250
I ε dλ
I ε τ dλ



Fotoprotección
Para el suele utilizarse el espectro de acción correspondiente a la Curva
Estándar de Eritema normalizada a 1 para la longitud de onda de máxima
acción (297 nm).
Esta curva corresponde, estrictamente hablando, a la respuesta eritemática
de la piel humana frente a la radiación UVB, y su extrapolación a la radiación
UVA no es inmediata.
Con el objetivo de simplificar los cálculos la curva de efectividad eritemática
relativa, el, se ha aproximado a las expersiones analíticas siguientes
el = 1.0 para 250 < l < 298 nm
el = 100.094(298-l) para 298 < l < 328 nm
el = 100.015(139-l) para 328 < l < 390 nm

Fotoprotección
No existe una relación lineal entre el FPS y la reducción de la radiación solar
que proporcionan los fotoprotectores.
Por ello en Australia el límite superior del FPS es 15, con etiquetado de los
productos como 15, independientemente de que su FPS sea 16 o 60.
En Estados Unidos se ha sugerido recientemente que se debería fijar un límite
superior de 30 para los productos comercializados en dicho país.

El índice de predicción
eritemática (UVI)

UVI. Predicción
Definición del UVI
A principios de los años 90 surge la necesidad de introducir índices para la
predicción de las dosis de radiación ultravioleta incidente a nivel del suelo.
Finalidad:
Facilitar a la opinión pública, a través de los medios de comunicación,
información sobre los niveles que alcanza la radiación ultravioleta incidente
sobre la superficie terrestre, y sus posibles efectos nocivos sobre la salud.
Constituyen una forma sencilla de expresar la intensidad de la radiación UV
en relación con su capacidad para desencadenar determinados procesos
biológicos.

UVI. Predicción
Definición del UVI
El Indice que mayor difusión ha tenido hasta la fecha es el índice relativo a la
acción eritemática de la radiación UV (UVI) .
El UVI se obtiene a partir del espectro de acción del eritema inducido por la
radiación UV sobre la piel humana (espectro de acción de la CIE).
Se expresa numéricamente multiplicando la irradiancia UV eritemática
(UVER, expresada en Wm-2) por 40.
Recientemente (1998) la OMM y la OMS redefinieron el UVI como un
parámetro físico ponderado biológicamnte (a biologically weigthed physical
parameter).

UVI. Predicción
Definición del UVI
Recomendaciones de la OMM y la OMS acerca de cómo establecer el UVI
• Debe ser referido como "UV Index" (abreviaremos como UVI). Se
deben evitar UVB Index, Solar UV index, etc.
• El UVI se debe definir como un parámetro físico, obtenido a partir de
una magnitud biológica ponderada (el espectro de acción de la CIE).
De esta manera es una unidad de medida.
• Se debe obtener integrando hasta los 400 nm (así se engloba la UVA)
• Está definido en referencia a una superficie horizontal (algunos
autores utilizan el término global solar UV index.

UVI. Predicción
Definición del UVI
Recomendaciones de la OMM y la OMS acerca de la predicción del UVI
• Debe hacerse con referencia al valor máximo diario, si este no se tiene
al mediodía solar.
• Se debe usar el valor medio correspondiente a 30 minutos.
• Debe presentarse como un número entero obtenido por redondeo.
• Debe realizarse teniendo en cuenta el efecto de las nubes.
• Los programas de predicción que no incorporan el efecto de las nubes
deben referirse a él como UVI para días claros o UVI para cielo
despejado.
• El UVI obtenido por predicción debe validarse frente a observaciones
rutinarias de superficie.

UVI. Predicción
Definición del UVI
Recomendaciones de la OMM y la OMS acerca de la presentación del UVI
• Hacerla en base al UVI nunca a tiempo de quemadura. Si se
hace de esta manera debería presentarse para diferentes tipos
de piel.
• Nunca debe asociarse el UVI a un determinado FPS, dando la
impresión de que el uso de protectores solares permiten un
mayor tiempo de exposición al sol.

UVI. Predicción
Definición del UVI
Global Solar UV Index. A Practical Guide
http://www.who.int/peh-uv/UVIorg.htm
A joint recommendation of:
• World Health Organization (WHO)
• World Meteorological Organization (WMO)
• United Nations Environmental Programme (UNEP)
• International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection
(ICNIRP)
WHO, Geneve, 2002.
Representante español:
Fernando Tena

UVI. Predicción
Definición del UVI
Código de colores para la presentación del índice UV
BAJO <2
MODERADO 3-5
ALTO 6-7
MUY ALTO 8-10
EXTREMO 11+

UVI. Predicción
Definición del UVI

UVI. Predicción
Predicción del UVI
La predicción del UVI supone
Conocer los valores de irradiancia UV incidentes a nivel del suelo para un día
determinado.
Modelizar, conociendo dichos valores, la radiación UV que incide a nivel del
suelo en base a una predicción a 24 o 48 horas de los valores de:
• Ozono
• Nubosidad
• Aerosoles

UVI. Predicción
Predicción del UVI
La comprobación de la bondad de la predicción del UVI supone
Disponer de una red de medida de la irradiancia UV eritemática con una
densidad suficiente para que abarque las diferentes características
geográficas y climáticas del territorio considerado.

Modelización de la radiación UV

Modelización UV
Modelización
• Modelos espectrales de dispersión múltiple.
Resuelven la Ecuación de Transferencia Radiativa considerando
multidispersión. Normalmente utilizan alguna variante del método de
ordenadas discretas (DISORT).
• Modelos espectrales simples.
No cconsideran multidispersión. Utilizan ecuaciones paramétricas, o bien
resuelven la Ecuación de Transferencia Radiativa mediante la
aproximación de los dos flujos.
• Modelos empíricos.
Utilizan parametrizaciones directas de los valores de UV, sin tener en
consideración los componentes atmosféricos. Son modelos integrados.

Modelización UV
Modelización
Modelos de dispersión múltiple
Características comunes:
• Bastante actualizados
• Desarrollados o adaptados para el rango UV
• Disponibilidad gratuita
• Parámetros de entrada normalmente disponibles

Modelización UV
Modelización
STAR (System for Transfer of Atmsopheric Radiation)
Ruggaber, Dluigi y Nakajima, 1994
<ruggaber@lrz.uni-muenchen.de>
SBDART (Santa Barbara Disort Atmospheric Radiative Transfer)
Ricchiazzi, Yang, Gautier, 1996
<ftp://icess.ucsb.edu/pub/esrg/sbdart>
TUV 3.9 (Tropospheric Ultraviolet and Visible Radiation Model)
Madronich, 1997
<http://acd.ucar.edu/models/open/tuv/tuv.html>
UVSPEC (forma parte de libRadtran)
Kylling, 1998
<ftp://smaug.uio.no/pub/arveky>

Modelización UV
Modelización
Comparacion de modelos en el marco de la Accion COST-713
Espectrales de dispersion múltiple:
• DISORT
• GOMETRAN
• SBDART
• STAR
• UVSPEC
Espectrales simples:
• TUV
• DIFFEY
• GREEN
• SMARTS2
• SPECTRAL2

Modelización UV
Modelización
Conclusiones de la comparacion
Modelos espectrales de dispersión múltiple.
• En el 80% de los casos se desvían sólo 0.5 unidades del valor del UVI.
• Es dificil discernir entre dos modelos diferentes. Todos presentan
resultados similares
Modelos espectrales simples.
• Comportamiento muy dispar.
• Las desviaciones respecto al UVI oscilan entre 1 y 10 unidades.
Modelos empíricos.
• Solo proporcionan buenos resultados para las condiciones atmosféricas
para las que han sido desarrollados.

La predicción del UVI en la
Comunidad Valenciana

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Origen
Convenios entre Conselleria de Medi Ambient y la Universitat de Valencia, a
través del Grupo de Radiación Solar de Valencia (GRSV)
Años 2001/02
Diseño, instalación y puesta a punto de una red de medida de la radiación
solar UVB en la Comunidad Valenciana.
Años 2003/04
Validación de la predicción del UVI en la Comunidad Valenciana. Desarrollo
de un modelo para la predicción del UVI de la radiación difusa.

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Red de medida
Diseñada a partir de una rejilla de coordenadas geográficas de densidad
grado-grado.
La Comunidad Valenciana se enmarca entre los 37º 50’ de latitud de Pilar de
la Horadada (Alicante) y los 40º 42’ de Fredes (Castellón), lo que un total de
4 estaciones de medida, instaladas en la costa por criterios demográficos.
Además, con el fin de analizar la influencia de la altura sobre, así como la
presencia de nieve, es conveniente instalar una quinta estación en una zona a
la mayor altitud posible.

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Red de medida

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Red de medida
ESTACIÓN LONGITUD LATITUD ALTITUD(m)
Prat de Cabanes 00º09’56”E 40º08’13”N 14
Aras de los Olmos 01º06’33’W 39º57’01”N 1277
Valencia 00º20’09”W 39º27’49”N 0
Denia 00º02’09”E 38º49’19”N 44
La Mata 00º39’31”W 38º00’30”N 12

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Red de medida
Sensores
Radiómetro modelo UVB-1 de la casa YES (Yankee Environmental Systems).
Estos instrumentos son los mismos que actualmente están en uso en la red de
medida del INM.
Adquisición y transmisión de datos
Equipo de adquisición de datos, que incluye software y protocolo de
comunicacione
Equipo de comunicación GSM, incluyendo antena.

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Red de medida

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Red de medida
Respuesta espectral relativa del YES UVB-1 () y espectro de acción
eritemática (---).

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Modelo de predicción
Inicialmente se analizaron cuatro modelos:
• SBDART
• STAR
• UVA-GOA
• SunIsdin
Finalmente se optó por implementar el SBDART
Muy completo, que da buenos resultados.
Este es el modelo que se utiliza desde hace 2 años para hacer la predicción del
índice UV que ofrece el Servei de Meteorologia de Catalunya a través de
http://www.meteocat.com/marcs/marcos_previsio/marcs_índice UV.htm.
El modelo STAR es también muy completo y sencillo de implementar por su
interfaz en Java.

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Modelo SBDART 2.0
SBDART, acrónimo de Santa Barbara DISORT Atmospheric Radiative
Transfer, es un modelo de transferencia radiativa que considera una
atmósfera plano paralela (Ricchiazzi y col., 1998).
http://www.crseo.ucsb.edu/esrg/pauls_dir
http://arm.mrcsb.com/sbdart/
Desarrollado en código FORTRAN, está diseñado para el análisis de una
amplia variedad de problemas de transferencia radiativa a través de la
atmósfera. Su última versión es la 2.0.
Toma como modelo de absorción por gases los de baja resolución del
LOWTRAN7.
Permite elegir entre tres espectros distintos de radiación estraterrestre:
LOWTRAN7, 5S y MODTRAN-3. En nuestro caso utilizamos el
LOWTRAN7 dada su alta resolución espectral.

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Modelo SBDART 2.0
Permite elegir entre seis perfiles de atmósfera estándar, que son los utilizados
con el código 5S. Para nuestra red de UVB es adecuado elegir como perfil
atmosférico verano en latitudes medias o invierno en latitudes medias.
Permite considerar aerosoles estratosféricos y troposféricos. En ambos casos,
el programa permite elegir un tipo de aerosoles según los definidos por el
modelo LOWTRAN7 o incluso elegir un perfil de aerosoles definido por el
mismo usuario.
La ecuación de transferencia radiativa se resuelve por métodos numéricos
integrando con DISORT (DIScreet Ordinate Radiative Transfer). El método
de ordenadas discretas proporciona un algoritmo estable para resolver las
ecuaciones de la transferencia radiativa plano paralela en una atmósfera
verticalmente no homogénea.. SBDART permite utilizar hasta 40 capas de
atmósfera y 16 ángulos cenitales y azimutales.

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Modelo SBDART 2.0
Primer cuadro de diálogo del SBDART en la página web

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Modelo SBDART 2.0
Inconvenientes importantes:
No permite introducir el valor del ozono estratosférico.
No permite definir la resolución espectral.
Alternativa:
Utilizar el programa en un sistema operativo Unix.
En este caso los datos de entrada se escriben en un fichero de texto, llamado
INPUT, en el que se especifica una serie de variables y su valor.
La ventaja clara de esta versión es que se pueden introducir multitud de
parámetros si se conocen o bien modificar sólo algunos de ellos, y el programa
utiliza el resto de variables con el valor que el asigna por defecto.

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Modelo SBDART 2.0
Fichero INPUT para el día 1 de Octubre 2002 en Valencia

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Modelo SBDART 2.0
Fichero de salida del SBDART versión máquina Unix, índice UV

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Corrección de nubosidad y altura
La acción COST 713 (Vanicek y col., 2000) propone calcular en primer lugar
el índice UV para cielos despejados y después hacer la corrección por
presencia de nubosidad y altura sobre el nivel del mar.
La expresión resultante es
donde
UVI0 es el valor del índice UV para cielos despejados
CMF el factor de modificación de nubes, que es un número adimensional que
vale entre 0 y 1 dependiendo del tipo de nubosidad
dH es el gradiente de altura, en km.
0
UVI=UVI ×CMF×(1+0.08×dH)

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Corrección nubosidad
CMF para diferentes tipos de nubes y cubierta nubosa
(0 octas representa el cielo completamente despejado y 8 octas representa
cielo totalmente cubierto)

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Presentación de resultados al usuario
Página web (en realización)
En ella se pueden distinguir dos partes:
Información dinámica, que ha de actualizarse cada día.
Información estática, de tipo general sobre el tema de UV.

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Información dinámica
Mapa de la Comunidad Valenciana indicando el valor del índice UV previsto

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Información dinámica
Evolución horaria del índice UV: para cielos despejados (en negro), para
nubes medias (en azul), para nubes bajas (en rosa)

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Información estática de tipo técnico
Estaciones de la red de medidas de la UVB de la Comunidad Valenciana.
Instrumentación.
Manual de información al usuario: para saber más sobre la radiación solar
ultravioleta.
Links de interés.

UVI en Valencia
Predicción GRSV
Información estática de tipo divulgativo
1. ¿Qué es la radiación solar ultravioleta (UV)?
2. Factores atenuantes de la radiación solar ultravioleta.
3. Efectos biológicos sobre el hombre de la radiación UV.
4. Cómo evaluar los efectos de UVB sobre el hombre.
5. Un sencillo índice que da cuenta de UVB: índice UV.
6. Sensibilidad a la exposición solar: tipos de piel o fototipos y dosis
acumuladas (MED y SED).
7. Cómo protegerse del Sol: Fotoprotección y SPF (factores de protección
solar).
8. Por una exposición controlada y responsable: Recomendaciones.
9. 20 preguntas y respuestas básicas sobre la radiación UV.

UVI en Valencia
Algunos resultados
Dia despejado de invierno (UVER)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
La Mata 8 de Febrero de 2002
UVER
10
minutal
(W
/m
2
)
Hora UTC

UVI en Valencia
Algunos resultados
Dia despejado de verano (UVER)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Denia 16 de Junio de 2002
UVER
10
minutal
(W
/m
2
)
Hora UTC

UVI en Valencia
Algunos resultados
Dia nuboso de primavera (UVER)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Aras del Olmo 5 de Mayo de 2002
UVER
10
minutal
(W
/m
2
)
Hora UTC

UVI en Valencia
Algunos resultados
Influencia de la altura sobre el nivel del mar sobre el UVI
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Aras del Olmo 20 de Julio de 2002
UVI
Hora UTC
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Cabanes 20 de Julio de 2002
UVI
Hora UTC

UVI en Valencia
Títulos de crédito
Contribuyeron a desarrollar la red de medida y el modelo de
predicción del UVI en la Comunidad Valenciana
M. José Marín
Fernando Tena
M. Pilar Utrillas
http://www.uv.es/solar/

UVI en Valencia
Títulos de crédito
Consiguió que esta presentación fuese presentable
M. Pilar Utrillas
http://www.uv.es/solar/

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