Radiacin Solar UV Efectos Biolgicos Jos A Martnez

Radiación Solar UV Efectos Biológicos José A. Martínez Lozano Grupo de Radiación Solar de Valencia Mayo 2003 Radiación solar UV. Efectos biológicos

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 2

El espectro de la radiación UV Influencia de la atmósfera Radiación solar UV. Efectos biológicos 3

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 (---). Radiación solar UV. Efectos biológicos 4

Influencia de la atmósfera Radiación solar UV Distribución de la irradiancia solar extraterrestre Banda Espectral Long. onda l (nm) Irradiancia I (W. m-2) Fracción del total (%) Ultravioleta l < 400 109. 8 8. 0 Visible 400 < l < 670 634. 4 46. 4 Infrarrojo l > 770 622. 8 45. 6 Radiación solar UV. Efectos biológicos 5

Influencia de la atmósfera Radiación solar UV Distribución de la irradiancia solar ultravioleta extraterrestre Banda Espectral Long. onda l (nm) Irradiancia I (W. m-2) Fracción del total (%) UV-C 250 < l < 290 11. 0 0. 8 UV-B 290 < l < 320 23. 6 1. 7 UV-A 320 < l < 400 75. 2 5. 5 Radiación solar UV. Efectos biológicos 6

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 Radiación solar UV. Efectos biológicos 7

Influencia de la atmósfera Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar UV Absorción Constituyentes gaseosos de la atmósfera Formando moléculas diatómicas: • • Nitrógeno Molecular (N 2) Oxígeno Molecular (O 2) Transiciones energéticas: Electrónicas y vibracionales. Muy energéticas. Bandas de absorción ubicadas en el UV y visible. Radiación solar UV. Efectos biológicos 8

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 (CO 2), Oxidos de nitrógeno (NO 2) Transiciones electrónicas, vibracionales y rotacionales con dos grados de libertad (abarcan hasta el IR térmico) Triangulares top: Ozono (O 3) Vapor de agua (H 2 O) Transiciones electrónicas, vibracionales y rotacionales con tres grados de libertad (abarcan hasta el microondas) Radiación solar UV. Efectos biológicos 9

Influencia de la atmósfera Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar UV Absorción Radiación solar UV. Efectos biológicos 10

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 (N 2) • Oxígeno Molecular (O 2) Moléculas triatómicas • Lineales: Oxidos de nitrógeno (NO 2) • Triangulares top: Ozono (O 3) Radiación solar UV. Efectos biológicos 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 (N 2) Bandas de absorción - 80 nm: bandas de ionización 80 - 100 nm: Tanaka-Werley 100 - 145 nm: Lyman-Birge-Hopfield Radiación solar UV. Efectos biológicos 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 Oxígeno Molecular (O 2) 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 Radiación solar UV. Efectos biológicos 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 triatómicas Ozono (O 3) 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 Radiación solar UV. Efectos biológicos 14

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 (NO 2) Bandas de absorción Presenta una banda que se extiende de 200 -600 nm, aunque su influencia es mucho menor que la del ozono. Radiación solar UV. Efectos biológicos 15

Influencia de la atmósfera Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar UV Absorción Radiación solar UV. Efectos biológicos 16

Influencia de la atmósfera Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar UV Absorción Perfil de absorción con la altura Termosfera: Mesosfera: Estratosfera Estratosfera/ troposfera Troposfera Oxigeno Molecular (Schumann-Runge 100 -175 nm) Oxigeno Molecular (Schumann-Runge 175 -200 nm) Oxigeno Molecular (Herzberg 200 -240 nm) Ozono (Hartley 200 -310 nm) Ozono Huggins 310 -400 nm) Ozono (Chappuis 400 -850 nm) Radiación solar UV. Efectos biológicos 17

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 Radiación solar UV. Efectos biológicos 18

Influencia de la atmósfera Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar UV Absorción Efectos de la absorcion Atmósfera Media (Troposfera+Estratosfera) Fotoquímica del Ozono Radiación solar UV. Efectos biológicos 19

Influencia de la atmósfera Fotoquímica del ozono (Bases de la teoría de Chapman, 1930) Disociación del O 2 por absorción de radiación de alta frecuencia O 2 + hn O + O (l < 242 nm) Recombinación parcial O 2 + O + M O 3 + M (M molécula de aire necesaria para la conservación del momento) Radiación solar UV. Efectos biológicos 20

Influencia de la atmósfera Fotoquímica del ozono (Bases de la teoría de Chapman, 1930) Destrucción parcial (fotodisociación) O 3 + hn O 2 + O (l > 242 nm) Otras reacciones desencadenadas por el O generado en la disociación de O 2 O + O 3 2 O 2 O + M O 3 + M Este esquema es el responsable del máximo de O 3 en la estratosfera media Radiación solar UV. Efectos biológicos 21

Influencia de la atmósfera Fotoquímica del ozono (Bases de la teoría de Chapman, 1930) Radiación solar UV. Efectos biológicos 22

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 H 2 y NH 4. Estratosfera media • Óxidos de nitrógeno. El causante es el NO, que a su vez • deriva del N 2 O 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 Radiación solar UV. Efectos biológicos 23

Influencia de la atmósfera Fotoquímica del ozono Destrucción por oxidos de nitrógeno NO + O 3 NO 2 + O 2 N O 2 + O NO + O 2 Balance neto: O 3 + O 2 O 2 Destrucción por clorina Cl + O 3 Cl. O + O 2 Cl. O + O Cl + O 2 Balance neto: O 3 + O 2 O 2 Radiación solar UV. Efectos biológicos 24

Influencia de la atmósfera Fotoquímica del ozono Destrucción del ozono antártico: 2 O 3 + Cl = 3 O 2 + Cl Radiación solar UV. Efectos biológicos 25

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 26

Influencia de la atmósfera Efectos de la atmósfera sobre la radiación solar UV Dispersión Variación del espesor óptico de Rayleigh Radiación solar UV. Efectos biológicos 27

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%. Radiación solar UV. Efectos biológicos 28

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 29

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 30

Medida de la radiación UV a nivel del suelo Radiación solar UV. Efectos biológicos 31

Medida de la radiación UV Medidas espectrales a nivel del suelo Instrumentación: Espectroradiómetro Brewer Respuesta espectral 286. 5 -363 nm Respuesta coseno 5% para un ángulo cenital solar hasta 60º Precisión 1% (medidas de ozono en dirección solar) Resolución 0. 6 nm a 303. 2, 306. 3, 310. 1 313. 5, 316. 8, 320. 1 nm Dimensiones 70 x 46 x 34 cm. Peso 34 kg (90 kg sistema entero) Rango de temperatura ambiental - 20 ºC hasta + 40 ºC Radiación solar UV. Efectos biológicos 32

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) Radiación solar UV. Efectos biológicos 33

Medida de la radiación UV Medidas integradas a nivel del suelo Instrumentación: Radiómetro de banda ancha YES Respuesta espectral 280 -330 nm Respuesta coseno 5% para un ángulo cenital solar hasta 60º Sensibilidad 1. 97 V/(W/m 2) de irradiancia UVB efectiva Área activa del sensor Diámetro aproximado de 2. 54 cm Tamaño del sensor 12. 9 cm de altura y 14. 6 cm de diámetro la base Peso 1. 3 kg Tiempo de respuesta Rango de temperatura ambiental 0. 1 s - 40 ºC hasta + 40 ºC Radiación solar UV. Efectos biológicos 34

Medida de la radiación UV Medidas integradas a nivel del suelo Instrumentación: Radiómetro de banda ancha YES Radiación solar UV. Efectos biológicos 35

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 36

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 37

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 38

Efectos biológicos de la radiación UV Radiación solar UV. Efectos biológicos 39

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 Radiación solar UV. Efectos biológicos 40

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 41

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 42

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 Radiación solar UV. Efectos biológicos 43

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 44

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". Radiación solar UV. Efectos biológicos 45

Efectos biológicos Efecto eritemático Curva estándar del espectro de acción eritemática normalizada a 1 para la longitud de onda de 297 nm Radiación solar UV. Efectos biológicos 46

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 47

Efecto eritemático Efectos biológicos 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). Radiación solar UV. Efectos biológicos 48

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 Tipo de piel Bronceado Quemadura Color de pelo Color de ojos MED(J/m 2) I Nunca Siempre Rojo Azul 200 II A veces Rubio Azul/verde 250 III Siempre Rara vez Castaño Gris/marrón 350 IV Siempre Nunca Negro Marrón 450 Radiación solar UV. Efectos biológicos 49

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. Fototipo MED Tipo I 200 J/m 2 (20 m. J/cm 2) Tipo II 250 J/m 2 (25 m. J/cm 2) Tipo III 350 J/m 2 (35 m. J/cm 2) Tipo IV 450 J/m 2 (45 m. J/cm 2) Radiación solar UV. Efectos biológicos 50

Efectos biológicos Fototipos Actualmente (CIE, 2000) SED (Standard Erythema Dose) Definida de forma inequívoca: 100 J/m 2 (10 m. J/cm 2) de radiación UVER Radiación solar UV. Efectos biológicos 51

Fotoprotección Radiación solar UV. Efectos biológicos 52

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 53

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 54

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 55

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 56

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 57

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 58

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 59

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 espectro de acción normalizado de la reacción a considerar frente a la radiación Il. Radiación solar UV. Efectos biológicos 60

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 < l < 298 nm el = 100. 094(298 -l) para 298 < l < 328 nm el = 100. 015(139 -l) para 328 < l < 390 nm Radiación solar UV. Efectos biológicos 61

Factor de Protección Solar (FPS) Fotoprotección 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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 62

El índice de predicción eritemática (UVI) Radiación solar UV. Efectos biológicos 63

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. Finalidad: Facilitar 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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 64

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). Radiación solar UV. Efectos biológicos 65

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 66

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 67

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 68

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 Radiación solar UV. Efectos biológicos 69

UVI. Predicción Definición del UVI Global Solar UV Index. A Practical Guide Código de colores para la presentación del índice UV BAJO <2 MODERADO 3 -5 ALTO 6 -7 MUY ALTO 8 -10 EXTREMO 11+ Radiación solar UV. Efectos biológicos 70

UVI. Predicción Definición del UVI Global Solar UV Index. A Practical Guide Radiación solar UV. Efectos biológicos 71

UVI. 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 Radiación solar UV. Efectos biológicos 72

UVI. 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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 73

Modelización de la radiación UV Radiación solar UV. Efectos biológicos 74

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 75

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 Radiación solar UV. Efectos biológicos 76

Modelización UV Modelización STAR (System for Transfer of Atmsopheric Radiation) Ruggaber, Dluigi y Nakajima, 1994 <ruggaber@lrz. uni-muenchen. de> SBDART (Santa Barbara Disort Atmospheric Radiative Transfer) Ricchiazzi, Yang, Gautier, 1996 <ftp: //icess. ucsb. edu/pub/esrg/sbdart> TUV 3. 9 (Tropospheric Ultraviolet and Visible Radiation Model) Madronich, 1997 <http: //acd. ucar. edu/models/open/tuv. html> UVSPEC (forma parte de lib. Radtran) Kylling, 1998 <ftp: //smaug. uio. no/pub/arveky> Radiación solar UV. Efectos biológicos 77

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 • SMARTS 2 • SPECTRAL 2 Radiación solar UV. Efectos biológicos 78

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 79

La predicción del UVI en la Comunidad Valenciana Radiación solar UV. Efectos biológicos 80

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 81

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 82

UVI en Valencia Predicción GRSV Red de medida Radiación solar UV. Efectos biológicos 83

UVI en Valencia Predicción GRSV Red de medida ESTACIÓN LONGITUD LATITUD ALTITUD(m) Prat de Cabanes 00º 09’ 56”E 40º 08’ 13”N 14 Aras de los Olmos 01º 06’ 33’W 39º 57’ 01”N 1277 Valencia 00º 20’ 09”W 39º 27’ 49”N 0 Denia 00º 02’ 09”E 38º 49’ 19”N 44 La Mata 00º 39’ 31”W 38º 00’ 30”N 12 Radiación solar UV. Efectos biológicos 84

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 85

UVI en Valencia Predicción GRSV Red de medida Radiación solar UV. Efectos biológicos 86

UVI en Valencia Predicción GRSV Red de medida Radiación solar UV. Efectos biológicos 87

Predicción GRSV UVI en Valencia Red de medida Respuesta espectral relativa del YES UVB-1 ( ) y espectro de acción eritemática (---). Radiación solar UV. Efectos biológicos 88

UVI en Valencia Predicción GRSV Modelo de predicción Inicialmente se analizaron cuatro modelos: • • SBDART STAR UVA-GOA Sun. Isdin 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_previsio/marcs_índice UV. htm. El modelo STAR es también muy completo y sencillo de implementar por su interfaz en Java. Radiación solar UV. Efectos biológicos 89

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 LOWTRAN 7. Permite elegir entre tres espectros distintos de radiación estraterrestre: LOWTRAN 7, 5 S y MODTRAN-3. En nuestro caso utilizamos el LOWTRAN 7 dada su alta resolución espectral. Radiación solar UV. Efectos biológicos 90

UVI en Valencia Predicción GRSV Modelo SBDART 2. 0 Permite elegir entre seis perfiles de atmósfera estándar, que son los utilizados con el código 5 S. 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 LOWTRAN 7 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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 91

Predicción GRSV UVI en Valencia Modelo SBDART 2. 0 Primer cuadro de diálogo del SBDART en la página web Radiación solar UV. Efectos biológicos 92

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 93

UVI en Valencia Predicción GRSV Modelo SBDART 2. 0 Fichero INPUT para el día 1 de Octubre 2002 en Valencia Radiación solar UV. Efectos biológicos 94

UVI en Valencia Predicción GRSV Modelo SBDART 2. 0 Fichero de salida del SBDART versión máquina Unix, índice UV Radiación solar UV. Efectos biológicos 95

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 UVI 0 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 d. H es el gradiente de altura, en km. Radiación solar UV. Efectos biológicos 96

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) Radiación solar UV. Efectos biológicos 97

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 98

UVI en Valencia Predicción GRSV Información dinámica Mapa de la Comunidad Valenciana indicando el valor del índice UV previsto Radiación solar UV. Efectos biológicos 99

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) Radiación solar UV. Efectos biológicos 100

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. Radiación solar UV. Efectos biológicos 101

UVI en Valencia Predicción GRSV Información estática de tipo divulgativo 1. 2. 3. 4. 5. 6. ¿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). 7. Cómo protegerse del Sol: Fotoprotección y SPF (factores de protección solar). 8. Por una exposición controlada y responsable: Recomendaciones. 9. 20 preguntas y respuestas básicas sobre la radiación UV. Radiación solar UV. Efectos biológicos 102

UVI en Valencia Algunos resultados Dia despejado de invierno (UVER) Radiación solar UV. Efectos biológicos 103

UVI en Valencia Algunos resultados Dia despejado de verano (UVER) Radiación solar UV. Efectos biológicos 104

UVI en Valencia Algunos resultados Dia nuboso de primavera (UVER) Radiación solar UV. Efectos biológicos 105

UVI en Valencia Algunos resultados Influencia de la altura sobre el nivel del mar sobre el UVI Radiación solar UV. Efectos biológicos 106

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/ Radiación solar UV. Efectos biológicos 107

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/ Radiación solar UV. Efectos biológicos 108