Monte Carlo evaluation of uncertainties of UV spectra measured with Brewer spectroradiometers

Abstract

Es necesario realizar mediciones espectrales precisas de la radiación ultravioleta (UV) para garantizar la protección de las personas y apoyar la investigación científica. así como para apoyar la investigación científica. La cuantificación de la incertidumbre de los espectros UV registrados es crucial para evaluar la calidad de las mediciones, lo que a su vez es necesario para evaluar su fiabilidad. No obstante, Sin embargo, en el caso de los espectrorradiómetros de doble monocromador, la derivación analítica de esta incertidumbre es una tarea ardua debido a las dificultades que entraña la propagación de los datos. debido a las dificultades que entraña la propagación de las incertidumbres individuales. En estas circunstancias, una En estas circunstancias, una simulación Monte Carlo es una alternativa fiable, ya que no requiere el cálculo de derivadas parciales y tiene en cuenta tanto los efectos no lineales como las correlaciones de los datos. En el presente estudio, la incertidumbre de la irradiancia espectral UV espectral medida por un espectrofotómetro Brewer MKIII. Este instrumento pertenece al Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial y ha participado con éxito en varias campañas internacionales, lo que garantiza su precisa calibración. La incertidumbre media expandida (k = 2) de la irradiancia UV global medida por este instrumento varía entre el 10% a 300 nm y el 7% a 363 nm. A longitudes de onda más cortas, aumenta considerablemente debido al ruido térmico y electrónico, así como a la desalineación de la longitud de onda. de onda. Los resultados indican que un espectrofotómetro Brewer es adecuado para estudios climatológicos y validación de modelos. No obstante, podría ser necesaria una reducción sustancial de estas incertidumbres para detectar con precisión las tendencias a largo plazo de la radiación UV. Aunque el estudio se centró en un espectrorradiómetro Brewer, la metodología utilizada para el análisis de la incertidumbre es general y puede adaptarse a la mayoría de los espectrorradiómetros UV.

Precise spectral ultraviolet (UV) measurements are needed to ensure human protection as well as to support scientific research. Quantifying the uncertainty of the UV spectra recorded is crucial to evaluate the quality of the measurements which is needed, in turn, for the assessment of their reliability. However, for double-monochromator spectroradiometers, the analytical derivation of this uncertainty is a challenging task due to the difficulties involved in propagating individual uncertainties. Under these circumstances, a Monte Carlo simulation is a reliable alternative as it does not require the calculation of partial derivatives and considers both nonlinear effects and correlations in the data. In the present study, the uncertainty of the spectral UV irradiance measured by a Brewer MKIII spectrophotometer is evaluated using a Monte Carlo approach. This instrument belongs to the National Institute of Aerospace Technology and has successfully participated in several international campaigns, which ensures its precise calibration. The average expanded uncertainty (k = 2) of the global UV irradiance measured by this instrument varies between 10% at 300 nm and 7% at 363 nm. At shorter wavelengths, it increases sharply due to thermal and electronic noise as well as wavelength misalignment. The results indicate that a Brewer spectrophotometer is suitable for climatological studies and model validation. Nevertheless, a substantial reduction of these uncertainties might be required for accurately detecting long-term UV trends. Although the study focused on a Brewer spectrometer, the methodology used for the uncertainty analysis is general and can be adapted to most UV spectroradiometers.