Predicció de la radiació solar espectral UV mitjançant models de dispersió múltiple. Aplicació a la predicció de l'índex UV a Catalunya

Abstract

[cat] La predicció de l'índex UV consisteix a determinar la irradiància biològicament efectiva que incidirà en un temps posterior a partir del coneixement dels factors que hi intervenen: l'ozó, l'angle zenital, l'altitud del lloc, la dispersió atmosfèrica, els núvols i l'albedo. La influència d'aquests factors es posa de manifest en la formulació de les equacions de transferència radiativa que resolen numèricament els models de irradiància espectral.

En aquesta tesi s'ha treballat amb 2 models de dispersió simple (SMARTS2 i UVAGOA) que consideren l'atmosfera com una sola capa i 2 models de dispersió múltiple (SBDART i STAR) que tenen en compte la no-homogeneïtat vertical de l'atmosfera i la divideixen en una superposició de capes. S'ha realitzat un estudi comparatiu entre ells i s'ha arribat a la conclusió que els models de dispersió múltiple obtenen un millor acord entre ells amb diferències del 2 al 3% per a angles zenitals menors de 60º. També s'han comparat amb mesures instrumentals i s'han constatat diferències que oscil·len entre el 2 i el 15% en les hores centrals del dia.

Les mesures instrumentals utilitzades, tant per a comparar amb les sortides d'aquests models com per a determinar els seus paràmetres d'entrada, han estat: 4 anys d'espectres de irradiància UV (de 285 a 400 nm cada 0,5 nm) d'un espectroradiòmetre Bentham 300, 3 anys de mesures de l'índex UV d'un piranòmetre YES i 3 piranòmetres Solar Light, 4 anys de mesures diàries d'un fotòmetre Microtops i 1 any de mesures d'un fotòmetre CIMEL.

Per a la determinació de la columna total d'ozó s'han utilitzat les mesures de l'espectroradiòmetre Bentham i del fotòmetre Microtops i s'han constatat diferències del 9%. AL comparar-los amb mesures de teledetecció (TOMS i GOME) s'arriba a un RMSE del 4% en el cas del Microtops. En quant a la dispersió deguda als aerosols s'han utilitzat com a paràmetres d'entrada els espessors òptics calculats a partir del fotòmetre CIMEL, mentre que la massa d'aigua precipitable, relacionada amb el creixement higroscòpic dels aerosols, s'ha determinat a partir dels fotòmetres CIMEL i Microtops i també a partir del radiosondatge. Les diferències observades estan al voltant del 12-15% entre els fotòmetres i el radiosondatge.

Totes aquestes mesures s'han aplicat al model SBDART per a la predicció de l'índex UV a Catalunya durant els anys 2000-2002, utilitzant la hipòtesi de persistència de la columna total d'ozó que en aquest treball s'ha constatat que té un error del 6% a l'estiu per a dies de cel serè. Els resultats s'han validat amb el piranòmetre YES i s'han observat diferències al voltant del 14%. L'any 2003, es va incorporar la predicció d'ozó del Deutscher Wetterdienst a 36 hores i per a dies de cel serè, els resultats milloren sensiblement, passant d'unes diferències del 20% al 16%.

[eng] In this thesis it has been used 2 models of simple scattering SMARTS2 and UVAGOA and 2 models of multiple scattering SBDART and STAR. A comparative study among them has been made and it has been reached the conclusion that the models of multiple scattering obtain a better agreement among them with differences from the 2 to 3% for smaller zenithal angles of 60º. It also have been compared with instrumental measures and differences have been found between 2 and 15% in the central hours of the day.

In this work it has been used different instrumental measures: 4 years of spectrum of irradiance UV (from 285 to 400 nm each 0.5 nm) of spectroradiometer Bentham 300, 3 years of measures of index UV of a pyranometer YES and 3 pyranometers Solar Light, 4 years of daily measures of a Microtops photometer and 1 year of measures of a photometer CIMEL.

The total ozone column has been determined with the measurements of spectroradiometer Bentham and a Microtops photometer and differences of 9% have been found. In comparison with telemetry measurements (TOMS and GOME) a RMSE of 4% is found in the case of the Microtops. For the scattering due to the aerosols, the calculated optical thicknesses from photometer CIMEL have been used as an input parameter, whereas the mass of precipitable water, related to the hygroscopic growth of the aerosols, has been determined from the photometers CIMEL and Microtops and also from the radiosonde. The observed differences are around 12-15% between the photometers and radiosonde.

All these measurements have been applied to model SBDART for the prediction of index UV in Catalunya during years 2000-2002, using the hypothesis of persistence of the total ozone column that in this work has been found that has an error of 6% in summer for cloudless sky days. The results have been validated with the pyranometer YES and differences around 14% have been observed. In 2003, the ozone forecasting of the Deutscher Wetterdienst was introduced and for cloudless sky days, the results improve from differences of 20% to 16%.