Quality assessment of solar UV irradiance measured with array spectroradiometers

Abstract

La cuantificación fiable de la radiación ultravioleta (UV) en la superficie de la tierra requiere mediciones precisas de la radiación UV solar espectral global con el fin de determinar la exposición UV a la piel humana y comprender las tendencias a largo plazo en este parámetro. Los espectrorradiómetros de matriz (ASRM) son instrumentos pequeños, livianos, robustos y rentables, y se utilizan cada vez más para mediciones de irradiancia espectral. Dentro del proyecto europeo EMRP ENV03 "Solar UV", se han desarrollado nuevos dispositivos, directrices y métodos de caracterización para mejorar las mediciones de UV solar con ASRM, y se ha brindado asistencia a la comunidad de usuarios finales. Para evaluar la calidad de 14 ASRM de usuario final, se llevó a cabo una intercomparación UV solar en la plataforma de medición del World Radiation Center (PMOD/WRC) en Davos, Suiza, del 10 al 17 de julio de 2014. Los resultados de la comparación ciega reveló que los ASRM, actualmente utilizados para las mediciones de UV solar, muestran una gran variación en la calidad de sus mediciones de UV solar. La mayoría de los instrumentos sobreestiman el índice UV ponderado de eritema, en particular a grandes ángulos de zenit solar, debido a la contribución de luz dispersa en el rango de UV-B. El análisis espectral de la irradiación UV solar global apoyó aún más el hallazgo de que las incertidumbres en el rango UV-B son muy grandes debido a la contribución de la luz dispersa en este rango de longitud de onda. En resumen, el índice de UV puede ser detectado por algunos ASRMs disponibles comercialmente dentro del 5% en comparación con el espectrorradiómetro de referencia mundial, si está bien caracterizado y calibrado, pero solo para un rango limitado de ángulos de zenit solar. En general, los instrumentos probados todavía no son adecuados para las mediciones de UV solar para todo el rango entre 290 y 400 nm en todas las condiciones atmosféricas.

The reliable quantification of ultraviolet (UV) radiation at the earth’s surface requires accurate measurements of spectral global solar UV irradiance in order to determine the UV exposure to human skin and to understand long-term trends in this parameter. Array spectroradiometers (ASRMs) are small, light, robust and cost-effective instruments, and are increasingly used for spectral irradiance measurements. Within the European EMRP ENV03 project “Solar UV”, new devices, guidelines and characterization methods have been developed to improve solar UV measurements with ASRMs, and support to the end user community has been provided. In order to assess the quality of 14 end user ASRMs, a solar UV inter-comparison was held on the measurement platform of the World Radiation Center (PMOD/WRC) in Davos, Switzerland, from 10 to 17 July 2014. The results of the blind inter-comparison revealed that ASRMs, currently used for solar UV measurements, show a large variation in the quality of their solar UV measurements. Most of the instruments overestimate the erythema-weighted UV index – in particular at large solar zenith angles – due to stray light contribution in the UV-B range. The spectral analysis of global solar UV irradiance further supported the finding that the uncertainties in the UV-B range are very lar e due to stray light contribution in this wavelength range. In summary, the UV index may be detected by some commercially available ASRMs within 5% compared to the world reference spectroradiometer, if well characterized and calibrated, but only for a limited range of solar zenith angles. Generally, the tested instruments are not yet suitable for solar UV measurements for the entire range between 290 and 400 nm under all atmospheric conditions.