Θεωρητικές διακυμάνσεις της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας και σύγκριση με φασματικές μετρήσεις

Abstract

The need for the determination of ultraviolet radiation that reaches the surface requires the study of its transfer through the atmosphere. For this aim, theoretical models and instruments have been developed in order to calculate and measure respectively the UV levels. The object of this thesis is the detailed study of the UV radiative transfer in atmosphere. The relative theory and the modern perceptions for the way that the major atmospheric parameters (ozone, clouds etc) influence UV radiation are presented. Tropospheric Ultraviolet and Visible (TUV) radiative transfer model is presented in detail, including the model input parameters and the level of agreement that can be achieved when model calculations are compared with measurements. The effect of aerosol single scattering albedo (ω) in UV radiation is examined. The theory and the results of a novel method to the value of ω using Brewer’s spectral measurements are presented in detail. Also, the effect of change of the vertical distribution of ozone and temperature in UV levels in the troposphere and in the lower stratosphere is studied. Climatological maps of CIE erythema dose for Europe, as derived from the combined use of satellite estimates, theoretical calculations and measurements from ground stations, are presented. Finally, changes in photolysis rates in the troposphere because of changes in concentration of ozone, cloud and airplane contrails are forecasted with the aim of model calculations.

Το αυξημένο ενδιαφέρον μετά την ανακάλυψη της τρύπας του όζοντος για τον προσδιορισμό των επιπέδων της υπεριώδους ακτινοβολίας που φθάνει στην επιφάνεια της γης καθιστά επιτακτική την ανάγκη μελέτης των διεργασιών που επηρεάζουν την διάδοσή της στην ατμόσφαιρα. Για τον σκοπό αυτό, έχουν αναπτυχθεί θεωρητικά μοντέλα και μέθοδοι μέτρησης της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας. Το αντικείμενο της διατριβής αυτής είναι η μελέτη της διάδοσης της υπεριώδους ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα της Γης και των παραγόντων που την επηρεάζουν (όζον, νέφη κτλ). Παρουσιάζεται η σχετική θεωρία για τον τρόπο διάδοσης και απορρόφησής της από την ατμόσφαιρα και οι σύγχρονες αντιλήψεις για τον τρόπο που οι κυρίαρχες ατμοσφαιρικές παράμετροι την επηρεάζουν. Γίνεται αναφορά στο μοντέλο διάδοσης της ακτινοβολίας TUV, στις παραμέτρους εισόδου που χρησιμοποιούνται και στα επίπεδα συμφωνίας που μπορούν να επιτευχθούν όταν συγκριθούν με μετρήσεις. Στην συνέχεια, εξετάζεται λεπτομερώς η επίδραση της ανακλαστικότητας μεμονωμένης σκέδασης αιωρούμενων σωματιδίων (ω). Παρουσιάζονται η θεωρία και τα αποτελέσματα από μία νέα μέθοδο έμμεσου υπολογισμού της. Επίσης, μελετάται η επίδραση της μεταβολής της κατακόρυφης κατανομής του όζοντος στα επίπεδα της υπεριώδους ακτινοβολίας στη τροπόσφιαρα και στην κατώτερη στρατόσφαιρα. Ακόμα, παρουσιάζονται κλιματολογικοί χάρτες της ερυθηματώδους δόσης για την Ευρώπη, όπως αυτοί προκύπτουν από την συνδυασμένη χρήση δορυφορικών εκτιμήσεων, θεωρητικών υπολογισμών και μετρήσεων από επίγειους σταθμούς. Τέλος, με την βοήθεια μοντέλου δίνεται η δυνατότητα πρόγνωσης των πιθανών μεταβολών στους ρυθμούς φωτόλυσης της τροπόσφαιρας λόγω της μεταβολής της συγκέντρωσης του όζοντος, της νέφωσης και των αερίων συμπύκνωσης από τα αεροσκάφη.