Jos

1
Radiación Solar UV Efectos Biológicos

• José A. Martínez Lozano
• Grupo de Radiación Solar de Valencia
• Mayo 2003

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.
  

3

• El espectro de la radiación UV
• Influencia de la atmósfera

4
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
  (---).

5
Influencia de la atmósfera

• Radiación solar UV
• Distribución de la irradiancia solar
  extraterrestre

6
Influencia de la atmósfera

• Radiación solar UV
• Distribución de la irradiancia solar ultravioleta
  extraterrestre

7
Influencia de la atmósfera

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

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Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• 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.

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Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• 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)

10
Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• Absorción

11
Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• 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)

12
Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• Absorción
• Componentes gaseosos con bandas de absorción en
  el UV
• Moléculas diatómicas
• Nitrógeno Molecular (N2)
• Bandas de absorción
• - 80 nm bandas de ionización
• 80 - 100 nm Tanaka-Werley
• 100 - 145 nm Lyman-Birge-Hopfield

13
Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• Absorción
• Componentes gaseosos con bandas de absorción en
  el UV
• Moléculas diatómicas
• Oxígeno Molecular (O2)
• Bandas de absorción
• - 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

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Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• Absorción
• Componentes gaseosos con bandas de absorción en
  el UV
• Moléculas triatómicas
• Ozono (O3)
• Bandas de absorción
• 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

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Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• Absorción
• Componentes gaseosos con bandas de absorción en
  el UV
• Moléculas triatómicas
• Oxidos de Nitrógeno (NO2)
• Bandas de absorción
• Presenta una banda que se extiende de 200-600
  nm, aunque su influencia es mucho menor que la
  del ozono.

16
Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• Absorción

17
Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• 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)

18
Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• 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

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Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• Absorción
• Efectos de la absorcion
• Atmósfera Media (TroposferaEstratosfera)
• Fotoquímica del Ozono

20
Influencia de la atmósfera

• 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 lt 242 nm)
• Recombinación parcial
• O2 O M O3 M
• (M molécula de aire necesaria
• para la conservación del momento)

21
Influencia de la atmósfera

• Fotoquímica del ozono
• (Bases de la teoría de Chapman, 1930)
• Destrucción parcial (fotodisociación)
• O3 hn O2 O (l gt 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

22
Influencia de la atmósfera

• Fotoquímica del ozono
• (Bases de la teoría de Chapman, 1930)

23
Influencia de la atmósfera

• Fotoquímica del ozono
• 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

24
Influencia de la atmósfera

• Fotoquímica del ozono
• 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

25
Influencia de la atmósfera

• Fotoquímica del ozono
• Destrucción del ozono antártico 2O3 Cl 3O2
  Cl

26
Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• 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.

27
Influencia de la atmósfera

• Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar
  UV
• Dispersión
• Variación del espesor óptico de Rayleigh

28
Influencia de la atmósfera

• 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.

29
Influencia de la atmósfera

• Radiación UV a nivel del suelo
• Factores que determinan la radiación solar UV
  incidente a nivel 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.

30
Influencia de la atmósfera

• Radiación UV a nivel del suelo
• Factores que determinan la radiación solar UV
  incidente a nivel 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.

31

• Medida de la radiación UV a nivel del suelo

32
Medida de la radiación UV

• Medidas espectrales a nivel del suelo
• Instrumentación Espectroradiómetro Brewer

33
Medida de la radiación UV

• 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)

34
Medida de la radiación UV

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

35
Medida de la radiación UV

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

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Medida de la radiación UV

• 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.

37
Medida de la radiación UV

• 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.

38
Medida de la radiación UV

• 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.

39

• Efectos biológicos de la
• radiación UV

40
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

41
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.

42
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.

43
Efectos biológicos

• Efectos de la radiación UV sobre los seres
  humanos
• Ojos
• Cataratas
• Fotoqueratitis
• Sistema inmunológico
• Aumento del riesgo de infecciones
• Reducción de las defensas corporales

44
Efectos biológicos

• Efectos de la radiación UV sobre los seres
  humanos
• 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.

45
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".

46
Efectos biológicos

• Efecto eritemático
• Curva estándar del espectro de acción eritemática
  normalizada a 1 para la longitud de onda de 297
  nm

47
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.

48
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).

49
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

50
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.

51
Efectos biológicos

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

52

• Fotoprotección

53
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.

54
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.

55
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.

56
Fotoprotección

• Fotoprotección
• Mecanismos de 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.

57
Fotoprotección

• Fotoprotección
• Mecanismos de 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.

58
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.

59
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.

60
Fotoprotección

• Factor de Protección Solar (FPS)
• 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.

61
Fotoprotección

• Factor de Protección Solar (FPS)
• 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 lt l lt 298 nm
• el 100.094(298-l) para 298 lt l lt 328 nm
• el 100.015(139-l) para 328 lt l lt 390 nm

62
Fotoprotección

• Factor de Protección Solar (FPS)
• 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.

63

• El índice de predicción eritemática (UVI)

64
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.
• FinalidadFacilitar 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.

65
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).

66
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.

67
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.

68
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.

69
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

70
UVI. Predicción

• Definición del UVI
• Global Solar UV Index. A Practical Guide
• Código de colores para la presentación del índice
  UV

 
71
UVI. Predicción

• Definición del UVI
• Global Solar UV Index. A Practical Guide

72
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

73
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.

74

• Modelización de la radiación UV

75
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.

76
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

77
Modelización UV

• Modelización
• STAR (System for Transfer of Atmsopheric
  Radiation)
• Ruggaber, Dluigi y Nakajima, 1994
• ltruggaber_at_lrz.uni-muenchen.degt
• SBDART (Santa Barbara Disort Atmospheric
  Radiative Transfer)
• Ricchiazzi, Yang, Gautier, 1996
• ltftp//icess.ucsb.edu/pub/esrg/sbdartgt
• TUV 3.9 (Tropospheric Ultraviolet and Visible
  Radiation Model)
• Madronich, 1997
• lthttp//acd.ucar.edu/models/open/tuv/tuv.htmlgt
• UVSPEC (forma parte de libRadtran)
• Kylling, 1998
• ltftp//smaug.uio.no/pub/arvekygt

78
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

79
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.

80

• La predicción del UVI en la Comunidad Valenciana

81
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.

82
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.

83
UVI en Valencia

• Predicción GRSV
• Red de medida

84
UVI en Valencia

• Predicción GRSV
• Red de medida

85
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.

86
UVI en Valencia

• Predicción GRSV
• Red de medida

87
UVI en Valencia

• Predicción GRSV
• Red de medida

88
UVI en Valencia

• Predicción GRSV
• Red de medida
• Respuesta espectral relativa del YES UVB-1 (?) y
  espectro de acción eritemática (---).

89
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_pre
  visio/marcs_índice UV.htm.
• El modelo STAR es también muy completo y sencillo
  de implementar por su interfaz en Java.

90
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.

91
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.

92
UVI en Valencia

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

93
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.

94
UVI en Valencia

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

95
UVI en Valencia

• Predicción GRSV
• Modelo SBDART 2.0
• Fichero de salida del SBDART versión máquina
  Unix, índice UV

96
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.

97
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)

98
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.

99
UVI en Valencia

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

100
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)

101
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.

102
UVI en Valencia

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

103
UVI en Valencia

• Algunos resultados
• Dia despejado de invierno (UVER)

104
UVI en Valencia

• Algunos resultados
• Dia despejado de verano (UVER)

105
UVI en Valencia

• Algunos resultados
• Dia nuboso de primavera (UVER)

106
UVI en Valencia

• Algunos resultados
• Influencia de la altura sobre el nivel del mar
  sobre el UVI

107
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
• Grupo de Radiación Solar de Valencia
• http//www.uv.es/solar/

108
UVI en Valencia

• Títulos de crédito
• Consiguió que esta presentación fuese presentable
• M. Pilar Utrillas
• Grupo de Radiación Solar de Valencia
• http//www.uv.es/solar/