Estudio y análisis de la irradiancia eritemática a partir de datos de ozono TOMS

A. Calle

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Resumen
A lo largo del presente trabajo se expone el con-cepto de irradiancia eritemática y se analizan valores experimentales obtenidos desde una estación de medida. Estos valores experimentales servirán para la puesta a punto de un modelo teórico que necesi-tará como datos de entrada el espesor total de ozono procedente del sensor TOMS a bordo del satélite EPTOMS. También se analiza el efecto del ozono sobre los valores de irradiancia eritemática. La difusión de los datos de irradiancia eritemática sobre la población debería ser prioritario en épocas veraniegas.
Abstract
This work shows the erythemal irradiance concept and analize experimental data from a mesurement station.
A single-layer atmosphere model which needs ozone depth as input data has been adapted to produce erythemal irradiance data. Ozone depth data are obtained from the TOMS sensor in the EPTOMS satellite. It is showed that the decrease of the ozone depth produces an strong increase of eryhemal irradiance. As a final result, we demonstrate that the existence of a ultraviolet index to SUD exposition is needed in Spain.

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• Publié par: erevistas
• Publié le: 01 janvier 1998
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• Langue: Español

Extrait

Revista de Teledetección. 1998
Estudio y análisis de la irradiancia eritemática a
partir de datos de ozono TOMS
A. Calle, A. M. Pérez y J. L. Casanova
Laboratorio de Teledetección de la Universidad de Valladolid.
Departamento Física Aplicada l. Facultad de Ciencias. 47071 Valladolid
e-mail: [e-mail]


RESUMEN ABSTRACT
A lo largo del presente trabajo se expone el con- This work shows the erythemal irradiance concept
cepto de irradiancia eritemática y se analizan valo- and analize experimental data from a mesurement
res experimentales obtenidos desde una estación de station.
medida. Estos valores experimentales servirán para A single-layer atmosphere model which needs
la puesta a punto de un modelo teórico que necesi- ozone depth as input data has been adapted to
tará como datos de entrada el espesor total de produce erythemal irradiance data.
ozono procedente del sensor TOMS a bordo del Ozone depth data are obtained from the TOMS
satélite EPTOMS. También se analiza el efecto del sensor in the EPTOMS satellite.
ozono sobre los valores de irradiancia eritemática. It is showed that the decrease of the ozone depth
La difusión de los datos de irradiancia eritemática produces an strong increase of eryhemal irradiance.
sobre la población debería ser prioritario en épocas As a final result, we demonstrate that the existence
veraniegas. of a ultraviolet index to SUD exposition is needed
in Spain.

PALABRAS CLAVE: Irradiancia eritemática, KEY WORDS: Erythemal irradiance, Total ozone
Espesor total de ozono. depth.



de forma que cualquier estudio de riesgo de expo-INTRODUCCIÓN
sición será incompleto si no se consideran estos
En la actualidad el control de los niveles de ra- factores. Por ello es fundamental la introducción
diación solar tiene una importancia fundamental; de un Indice de radiación para cada individuo que
sobre todo en países mediterráneos en los que el englobe las condiciones físicas de la radiación y el
interés turístico o el desarrollo de actividades de tipo biológico a que pertenece, lo que se denomina
ocio al aire libre (montaña y playa sobre todo) los fototipo y del que se hablará posteriormente.
hacen especialmente susceptibles a los posibles Este riesgo a la sobreexposición de la radiación
nocivos que la radiación solar pueda provocar. se ve incrementado de forma importante en los
Los efectos biológicos producidos por la exposi- últimos años por el continuado descenso de los
ción a la radiación solar abarcan todo el espectro; niveles de concentración del espesor total de ozono
sin embargo, es el espectro solar ultravioleta el que en la estratosfera (Stolarsky et al., 1991; Stolarsky
entraña cierto riesgo por los efectos negativos que et al., 1992; Heffilan et al., 1993; Varotsos et al.,
produce en la mayor parte de los seres vivos (Lef- 1993), que constituye el principal filtro a la radia-
fen et al., 1996; Hoppe et al., 1996). Dosis superio- ción nociva.
res a las consideradas como normales, producen
graves daños en los sistemas vegetales por la alte- LA IRRADIANCIA ERITEMATICA Y
ración de sus funciones clorofílicas. Los efectos
DOSIS ERITEMATICA MINIMA DE más amplios son las diminuciones de cosechas y
EXPOSICION fitoplacton marino.
En lo que se refiere a los animales, los daños Los efectos biológicos de la radiación, dentro del
producidos afectan a diversos órganos principal- intervalo espectral ultravioleta, presentan una
mente por la aparición de patologías oculares y drástica dependencia con la longitud de onda de la
pérdida del sistema inmunológico. En el caso de radiación. En 1932, el Comite Internationale de
los seres humanos también se manifiestan en nu- Lumiere presentó una división para esta zona del
merosas disfunciones de la piel, siendo la más espectro distinguiendo tres regiones A, B y C por
grave, el melanoma cancerígeno. Una sobreexpo- los distintos efectos biológicos que presentan.
sición a este tipo de radiación provoca también La radiación de tipo A (UV-A) es la región es-
graves alteraciones en el ADN genético. pectral ultravioleta más próxima al espectro visible
Estas alteraciones humanas dependen, funda- y comprende el intervalo de longitudes de onda
mentalmente, de las características del individuo,
Nº 9 – Junio 1998 1 de 7 A. Calle, A. M. Pérez y J. L. Casanova
desde l=400 nm hasta l=320 nm. A pesar de ser
muy poco absorbida por la atmósfera, presenta
menor peligro por ser menos energética. Su efecto
biológico principal provoca el oscurecimiento de la
piel.
La radiación de tipo B (UV-B) es la región in-
termedia del espectro ultravioleta extendiéndose
entre l=320 nm hasta l=280 nm. Esta radiación
mantiene un delicado equilibrio sobre los efectos
biológicos considerados como normales. Pequeños
incrementos en las dosis recibidas provocan impor-
tantes daños sobre la piel y los ojos ya que no es
fuertemente absorbida por la atmósfera y sus efec-
tos se encuentran en el límite de pemisividad bio- Figura 1. Gráfica logarítmica del coeficiente de acción eritemáti-
ca (McKinlay and Diffey, 1987) lógica. Las quemaduras que provoca son muy
frecuentes por lo que se la conoce también como
radiación de quemadura solar. sentada no tiene unidades físicas. Se ha tomado
La radiación de tipo C (UV-C) se trata de una como unidad de efectividad el valor
radiación muy energética y con efectos negativos correspondiente a 0.300 mm ya que es la zona
muy intensos como cánceres de piel y afecciones donde se registra el máximo poder eritemático de
oculares de gran importancia. Abarca la zona del la radiación ultravioleta. Como puede apreciarse
2espectro comprendida entre l=280 nm y l=200 nm, en la gráfica, una irradiancia de I Watts/m a una
por lo que se denomina ultravioleta lejana ó radia- longitud de onda de 0.290 ó 0.300 mm tiene un
2ción germicida. Esta radiación es absorbida en su poder eritemático equivalente a I*104 Watts/m a
práctica totalidad por el ozono estratosférico. En el longitudes de onda correspondientes al final del
análisis de la relación entre la irradiancia ultravio- espectro de acción eritemática ( ≈ 0.400 mm).
leta y los efectos biológicos producidos, el interva- La irradiancia eritemática es aún incompleta pa-
lo espectral corresponde a la longitud de onda ra determinar efectos nocivos en los individuos ya
l=[280 nm, 400 nm], ya que las longitudes de onda que hace referencia a una magnitud de radiación
inferiores son absorbidas. Sin embargo, la influen- instantánea con unidades de potencia por unidad
cia de la radiación en este intervalo esta modulada de superficie. Dado que los efectos producidos por
por un coeficiente denominado coeficiente de la radiación solar se manifiestan con posterioridad
acción eritemática que fue establecido por McKin- a la exposición tienen un efecto acumulativo, por
lay and Diffey (1987). Este coeficiente espectral, lo que hay que introducir el tiempo de exposición.
E(A), que caracteriza el efecto de eritema, es Para ello, se define la MED (Dosis Eritemática
máximo a partir de las 0.280 mm y va decreciendo Mínima) como la mínima irradiación necesaria
a medida que aumenta la longitud de onda. Así, el para producir enrojecimiento en la piel, tras un
poder eritemático total de la radiación se define determinado tiempo de exposición a la radiación.
mediante la integral de irradiancia espectral total A pesar de que el enrojecimiento se produce antes
ponderada por el coeficiente de acción eritemático, en personas con escasa pigmentación en la piel que
expresada como: en otras con piel más oscura (o sea, depende del
fototipo de piel del individuo), se toma como uni-
dad de referencia individuos con piel blanca lige-E = E(λ) •ε(λ) dλeritem ∫
ramente pigmentada. Para este fototipo la dosis
eritemática mínima de exposición tiene el valor de: donde E es la irradiancia eritemática y E(λ) eritem
es la irradiancia solar a la longitud de onda λ a 2 21 MED = 21 mJ/cm = 210 J/m nivel de la superficie.

La Figura 1 representa el coeficiente de acción
eritemática en una gráfica de escala logarítmica.
MEDIDA EXPERIMENTAL DE LA Los valores espectrales de ε(λ) vienen dados por
IRRADIANCIA ERITEMÁTICA (Madronich et al., 1997):
El Centro de Investigación de la Baja Atmósfera
 λ <0.298 µm ε(λ) =1 (CIBA), cuyo mantenimiento y control correspon-  0.094*(298−λ*1000)0.328 µm <λ ≤0.298 µm ε(λ) =10  de al Dpto. de Física Aplicada 1, de la Universidad
 0.015*(139−λ*1000)
0.400 µm <λ ≤0.328 µm ε(λ) =10  de Valladolid, dispone, desde el verano de 1995,
 λ >0.400 µm ε(λ) =0 de una es