MAGNITUD DE LAS COMPONENTES UVA Y UVB
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Fig.1. Serie de datos de radiación solar de enero a julio, se puede observar la gran variabilidad en los primeros meses.
Por la relación existente entre la longitud de onda y la energía de un. fotón de luz, las componentes ultra-violeta son mucho más energéticas que la visible e infrarroja, y entre ellas: la
uve
es mayor que la UVB y ésta mayor que la UVA, afortunadamente lauve
queda completamente filtrada, mientras que la UVB es parcialmente absorbida por la capa de ozono. Desde el punto de vista biológico, la radiación UVB es letal para los microorganismos. algunas especies vegetales y crítica-mente peligrosa para el hombre.
La intensidad de las radiaciones UVB y UVA dependen fundamentalmente del espesor de la capa de ozono sobre un determinado lugar, y debido a que esta capa ha estado síendo atacada en los últimos años por contaminantes industriales, la vigilancia de esta capa se ha intensificado en todas partes, en especial en las regiones australes donde se ha observado un paulatino decrecimiento de sus niveles normales.
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Fig.2. Gráfica de dispersión de la radiación UVA en función de la radiación solar.
El Laboratorio de Física de la Atmósfera viene registrando los niveles de la columna de ozono, la radiación UVB y la UVA incidentes sobre la ciudad de La Paz. El equipo recientemente recalibrado, es un radiofotómetro BREWER MKIV que consiste de cuatro componentes principales: un espectrómetro, una microcomputadora, su impresora y el software de control.
El espectrómetro es un sistema totalmente automatizado consistente de diafragmas, filtros, lentes, prismas, redes de difracción, lamparas de calibración, etc., mas un sistema automático de localización y seguimiento a la dirección de sol, los que permiten, entre otras varias mediciones, la determinación de la radiación UVB total, y la estimación de la radiación UVA.
vienen registrándose desde principios de año en la misma plataforma de instrumentos del laboratorio a intervalos de un minuto. El sensor de radiación solar es del tipo LICOR 2008Z recientemente calibrado y cuya respuesta abarca el espectro desde 400 hasta 1100 nm.
Análisis de los registros de datos
Los datos que constituyen las series de radiación ultravioleta A y S, son diarios y empiezan aproximadamente a las 6:40 de la mañana hasta alrededor de la 18:30. Como se ha indicado anteriormente, se toman a intervalos variables entre 20 minutos y algunas horas y están expresados en unidades de mW/m2.
La serie de datos de radiación solar (figura 1) se registra continuamente a intervalos de un minuto en una estación meteorológica automatizada del tipo Campbell CX10 y vienen expresados en W/m2.
Para el análisis, se ha preparado una base de datos combinada de radiación solar global y radiación ultravioleta A y S representados por R8, UVA Y UVS, de la cuál se han obtenido todas las gráficas presentadas en este trabajo.
Los gráficos de dispersión de UVS y UVA contra datos de radiación solar R8, presentados en las figuras 2 y 3 permiten observar una evidente correlación para días y horas con mayor intensidad de radiación solar, es decir, los momentos alrededor del medio día, o los días de invierno, caracterizados en ésta ciudad generalmente por la claridad de su cielo.
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Fig.3. Dispersión de la radiación UVB en función de la radiación solar.
A valores bajos de radiación solar, como las primeras y últimas horas del día, Ó en condiciones de cielo nuboso, la correlación no es lineal, y se puede observar una considerable dispersión de datos. El hecho de que a éstas horas la radiación UVA y UVS sean considera-blemente mas reducidos, se comprende fácilmente considerando que la masa óptica de atenuación a los rayos solares en estos momentos es mayor. Y la dispersión se debe naturalmente a la preponderancia de días perturbados en los primeros meses del año.
Por la complejidad de los fenómenos atmosféricos, que hace difícil su análisis riguroso, se ha seleccionado del total de' datos, aproximadamente 160 días con las mejores condiciones atmosféricas. La mayoría de ellos corresponde a los meses de mayo, junio y julio. El nuevo conjunto de datos, cuyas gráficas de dispersión se puede ver en las figuras 4 y 5 se ajustan perfectamente a una parábola de la forma:
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De acuerdo a consideraciones teóricas, la intensidad de radiación solar que incide sobre un punto de la superficie de la tierra es igual a la radiación solar directa trasmitida, mas la radiación captada de la bóveda celeste, denominada radiación difusa. Donde ambas, antes de llegar a los sensores ya han sido atenuados por la atmósfera.
Reducidos los datos a los dias claros (figs. 4 y 5), se puede observar una nítida concentración de puntos alrededor de la parábola, especialmente a valores máximos de la radiación solar, sin embargo se nota algunos puntos dispersos, probablemente debido a días con nubosidad ocasional o la presencia de aerosoles. Es necesario remarcar que los valores, tanto de radiación ultravioleta, como de radiación visible se ven notoriamente afectados por las condiciones meteorológicas de la atmósfera, y más si el camino óptico es considerablemente mayor qué el camino óptico cenital.
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-Fig.4. Gráfica de la radiación UVB en función de la radiación solar solo para días Claros
Los coeficientes de correlación para los ajustes planteados a los dos tipos de radiación ultravioleta son respectiva-mente 0.97 y 0.96.
Por consiguiente las intensidades de las radiaciones UVA y
uve
pueden expresarse en términos de la radiación solar en las siguientes formas:IUVA = 7.1824+ 6.1689xlO-sI~s IUVB =O.l424+4.00Sxl0--{jI~s
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Fig.5. Gráfica..dé la radiación UVA en función de la radiación solar solo para días claros
Con el objeto de modelar el comportamiento de las radiaciones UVB y UVA, que nos permitan determinar la composición porcentual de éstas en la radiación solar, asumiremos que la atmósfera es totalmente transparente a la radiación visible, mientras que para la radiación ultravioleta será un medio atenuante, de acuerdo con la ley de Bouguer.
La radiación máxima incidente registrada, decrecerá en valor conforme aumente el camino óptico como consecuencia de la rotación de la Tierra. Este a la vez, se reducirá también por la disminución del área de exposición. Con lo que tendremos:
I - I(J - maxCOS
e
ze-koÁmxPara la radiación solar, la reducción de su intensidad es únicamente debida a la variación del área de exposición. De esta manera, la proporción de radiación UV a la radiación solar será:
I(WH
=
IUVHmax exp(-kOAmx) IRS IRSmaxDonde x es el camino óptico adicional al camino óptico cenital.
Por consideraciones geométricas, el camino óptico adicional, entre la altura sobre el zenit y la longitud atmosférica en una dirección que forma 8z grados con la vertical para ángulos no muy próximos a 90° es:
d'=~
coseDe donde:
- 1 ,J
x=d ---1~
cosez .J
Transformando inicialmente la expresión de luvs/lRs a una relación lineal, y luego por regresión lineal se obtiene:
Para la componente UVB.
IUVH(%)
=
0.347 exp(-1.0488x) IlisDe igual manera para la UVA:
1
UVA (%)
=
5.841exp(-0.469x) IRSLas figuras 6 y 7 muestran la dispersión de las proporciones porcentuales y los valores correspondientes a la función ajustada para los dos casos, como función del ángulo cenital.
UUD....nS(x:) . 1
...
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a T H ( - : ) '90
Fig.6. Comportamiento de la relación UVB/RS en función del ángulo cenital.
Ambas funciones ajustadas tienen un coeficiente de correlación superior a 0.98, sin embargo debe hacerse notar que los puntos más alejados de las gráficas de dispersión han sido descartados.
Se observa que las máximas proporciones porcentuales de UVB y UVA se presentan a ángulos alrededor de la dirección cenital, y resultan respectivamente en: 0.35% y 5.84%.
En contraste, los valores reportados por Sliney and Wolbarsht (1980), Moseley (1988), Diffey (1991), establecen un límite de 5% para la UV total, fraccionándose en 0.25% y 4.75% para la UVB y UVA respectivamente, lo que significa un exceso de 40% en el caso de la UVB y 23% en el caso de la UVA.
Estos resultados nos llevan a concluir que en este sitio se presenta una menor atenuación de la capa de ozono, lo que confirma los resultados ya encontrados por otros estudios. Es decir; "la capa de ozono encima de la ciudad de La Paz, es más delgada que en ciudades costeras a iguales latitudes".
UUA....nS(x:) 7'
T H ( - :)
Fig.7. Comportamiento de la relación UVAlRS en función del ángulo cenital.
CONCLUSIONES
Pese a las consideraciones de simplicidad que se han realizado, tales como no considerar la curvatura de la Tierra, ni los efectos de la refracción de la atmósfera, los resultados obtenidos representan satisfactoriamente los datos sobre los cuales se ha trabajado, así lo establecen los coeficientes de correlación determinados para las dos modelizaciones.
Adicionalmente se ha establecido una relación empírica entre la radiación UVB o UVA y la radiación solar, que a falta de instrumentos para determinar la intensidad de éstas componentes, permite evaluarlos en función de la intensidad de la radiación solar.
REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS
• M. Iqbal. Introducción a la Radiación Solar. Academic Press 1983.
• J. L. Monteiht and M.H. Unsworth. Edward Arnold. 1973.
• Monographs on the evolution of cancinogenic risk to humans. IARC, LYON; 1992.
Agradecimientos
Hacemos presente nuestro agrade-cimiento a todo el personal del Laboratorio de Física de la Atmósfera, en particular, al Or. Francesco Zaratti, nuestro director, y a los colegas R. Forno, E. Palenque, por su aporte en la revisión del trabajo, y a los tesistas y técnicos;
J.Garcia, P. Saavedra, y G. Gutierrez, por la revisión de datos.
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