Modeling the erythemal surface diffuse irradiance fraction for Badajoz, Spain

Abstract

A pesar de su importante papel en la salud humana y en numerosos procesos biológicos, el componente difuso de la irradiación ultravioleta eritemática (UVER) apenas se mide en las estaciones radiométricas estándar y, por lo tanto, debe estimarse. Este estudio propone y compara 10 modelos empíricos para estimar la fracción difusa de UVER. Estos modelos están inspirados en expresiones matemáticas originalmente utilizadas para estimar la fracción difusa total, pero, en este estudio, se aplican al caso UVER y se comparan con mediciones experimentales. Además de adaptarse a la gama UVER de las diversas variables independientes involucradas en estos modelos, se agregó la columna de ozono total para tener en cuenta su fuerte impacto en la atenuación de la radiación ultravioleta. Los modelos propuestos se ajustan a mediciones experimentales y se validan contra un subconjunto independiente. El modelo de mejor desempeño (RAU3) se basa en un modelo propuesto por Ruiz-Arias et al. (2010) y muestra valores de r2 iguales a 0.91 y error relativo de la media cuadrática (rRMSE) igual a 6.1%. El rendimiento alcanzado por este modelo completamente empírico es mejor que el obtenido por los enfoques semi-empíricos anteriores y, por lo tanto, no necesita información adicional de otros modelos basados ​​físicamente. Este estudio expande la investigación previa a la gama ultravioleta y proporciona modelos empíricos confiables para estimar con precisión la fracción difusa UVER.

Despite its important role on the human health and numerous biological processes, the diffuse component of the erythemal ultraviolet irradiance (UVER) is scarcely measured at standard radiometric stations and therefore needs to be estimated. This study proposes and compares 10 empirical models to estimate the UVER diffuse fraction. These models are inspired from mathematical expressions originally used to estimate total diffuse fraction, but, in this study, they are applied to the UVER case and tested against experimental measurements. In addition to adapting to the UVER range the various independent variables involved in these models, the total ozone column has been added in order to account for its strong impact on the attenuation of ultraviolet radiation. The proposed models are fitted to experimental measurements and validated against an independent subset. The best-performing model (RAU3) is based on a model proposed by Ruiz-Arias et al. (2010) and shows values of r2 equal to 0.91 and relative root-mean-square error (rRMSE) equal to 6.1%. The performance achieved by this entirely empirical model is better than those obtained by previous semi-empirical approaches and therefore needs no additional information from other physically based models. This study expands on previous research to the ultraviolet range and provides reliable empirical models to accurately estimate the UVER diffuse fraction.