Temporal variability and trends of the downward solar radiation over Europe during the 20th century, with regional focus in the dimming/brightening phenomena on the Iberian Peninsula

Proyecto de investigación elaborado a partir de una estancia en el Institute for Atmospheric and Climate Science, a Alemanya, entre 2010 y 2012. La radiación solar que alcanza la superficie terrestre es un factor clave entre los procesos que controlan el clima de la Tierra, dado el papel que desempeñan en el balance energético y el ciclo hidrológico. Establecer su contribución al cambio climático reciente supone una gran dificultad debido a la complejidad de los procesos implicados, la gran cantidad de información requerida, y la incertidumbre de las bases de datos disponibles en la actualidad. Así, el objetivo principal del proyecto ha consistido en generar una base de datos de insolación incluyendo las series más largas (desde finales del siglo XIX) disponibles en toda Europa. Esta base de datos complementa para nuestro continente el Global Energy Balance Archive (GEBA) que mantiene y gestiona el grupo que ha acogido al receptor de la ayuda postdoctoral, y permite extender espacial (especialmente en países del sur de Europa) y temporalmente las series climáticas disponibles de mediciones de irradiancia solar. Como la insolación es un proxy de la irradiancia solar, el proyecto actual también ha tratado de calibrar de forma exhaustiva ambas variables, a fin de generar una nueva base de datos reconstruida de esta segunda variable que esté disponible desde finales del siglo XIX en Europa. Un segundo objetivo del proyecto ha consistido en continuar trabajando a escala de mayor detalle sobre la Península Ibérica, con el fin de proporcionar una mejor comprensión del fenómeno del “global dimming/brightening” y su impacto en el ciclo hidrológico y balance energético. Finalmente, un tercer objetivo del presente proyecto postdoctoral ha consistido en continuar estudiando los posibles ciclos semanales a gran escala de diferentes variables climáticas, línea de investigación de interés para la detección de posibles efectos de los aerosoles antrópicos en el clima a escalas temporales breves, y consecuentemente estrechamente vinculado al fenómeno del “global dimming/brightening”.

Efectes de l’altura solar, la nuvolositat i la temperatura en les mesures dels piranòmetres de silici = Efectos de la altura solar, la nubosidad y la temperatura en las medidas de los piranometros de silicio

La mesura de la irradiància solar en superfície es fa mitjançant piranòmetres amb sensor termoelèctric o amb sensor de silici. Aquests darrers presenten una resposta espectral no uniforme i limitada a la banda de 400 a 1100 nm, i, a més, la seva sensibilitat depèn fortament de la temperatura. Els piranòmetres termoelèctrics, en canvi, presenten una resposta espectral uniforme en la banda solar, i un coeficient de temperatura reduït. L’objectiu de l’estudi que es presenta ha estat millorar l’acord entre les mesures d’irradiància global preses amb un piranòmetre termoelèctric CM11 de Kipp & Zonen, i diversos piranòmetres fotovoltaics o de silici Li200SA de Li-Cor. Com que la resposta angular dels sensors s’aparta en general de la resposta cosinus ideal, es proposen unes correccions a tal efecte. S’han analitzat les dades minutals corresponents a un cicle anual de mesures d’irradiància preses pels dos tipus de piranòmetres a l’estació radiomètrica de la Universitat de Girona. Les correccions proposades per la resposta angular dels instruments es basen en bibliografia prèvia, i també en simulacions realitzades amb un model espectral de transferència radiativa multicapa. La simulació ha permès obtenir correccions per compensar les diferents respostes angulars i espectrals dels dos tipus d’instruments. Per a cels serens, les correccions angulars i espectrals milloren notablement l’acord entre les mesures dels dos tipus de piranòmetres. També es proposa una correcció de l’efecte de la temperatura sobre la mesura dels piranòmetres de silici, obtinguda empíricament. Malgrat que les correccions s’han obtingut per a cels serens, han estat també aplicades a condicions de cel ennuvolat, caracteritzades objectivament mitjançant un algorisme basat en mesures d’irradiància global i difusa. Finalment s’ha comprovat que les correccions també milloren l’acord entre les mesures dels dos tipus de sensors independentment de l’extensió de la coberta de núvols

Aplicació de calculadora solar

Implantació d'una calculadora de radiació solar sobre els edificis d'una zona d'estudi.

The first SEPServer event catalogue 68-MeV solar proton events observed at 1 AU in 1996-2010

SEPServer is a three-year collaborative project funded by the seventh framework programme (FP7-SPACE) of the European Union. The objective of the project is to provide access to state-of-the-art observations and analysis tools for the scientific community on solar energetic particle (SEP) events and related electromagnetic (EM) emissions. The project will eventually lead to better understanding of the particle acceleration and transport processes at the Sun and in the inner heliosphere. These processes lead to SEP events that form one of the key elements of space weather. In this paper we present the first results from the systematic analysis work performed on the following datasets: SOHO/ERNE, SOHO/EPHIN, ACE/EPAM, Wind/WAVES and GOES X-rays. A catalogue of SEP events at 1 AU, with complete coverage over solar cycle 23, based on high-energy (~68-MeV) protons from SOHO/ERNE and electron recordings of the events by SOHO/EPHIN and ACE/EPAM are presented. A total of 115 energetic particle events have been identified and analysed using velocity dispersion analysis (VDA) for protons and time-shifting analysis (TSA) for electrons and protons in order to infer the SEP release times at the Sun. EM observations during the times of the SEP event onset have been gathered and compared to the release time estimates of particles. Data from those events that occurred during the European day-time, i.e., those that also have observations from ground-based observatories included in SEPServer, are listed and a preliminary analysis of their associations is presented. We find that VDA results for protons can be a useful tool for the analysis of proton release times, but if the derived proton path length is out of a range of 1 AU < s[3 AU, the result of the analysis may be compromised, as indicated by the anti-correlation of the derived path length and release time delay from the asso ciated X-ray flare. The average path length derived from VDA is about 1.9 times the nominal length of the spiral magnetic field line. This implies that the path length of first-arriving MeV to deka-MeV protons is affected by interplanetary scattering. TSA of near-relativistic electrons results in a release time that shows significant scatter with respect to the EM emissions but with a trend of being delayed more with increasing distance between the flare and the nominal footpoint of the Earth-connected field line.

A Method for Sky-Condition Classification from Ground-Based Solar Radiation Measurements

Identification of clouds from satellite images is now a routine task. Observation of clouds from the ground, however, is still needed to acquire a complete description of cloud conditions. Among the standard meteorologicalvariables, solar radiation is the most affected by cloud cover. In this note, a method for using global and diffuse solar radiation data to classify sky conditions into several classes is suggested. A classical maximum-likelihood method is applied for clustering data. The method is applied to a series of four years of solar radiation data and human cloud observations at a site in Catalonia, Spain. With these data, the accuracy of the solar radiation method as compared with human observations is 45% when nine classes of sky conditions are to be distinguished, and it grows significantly to almost 60% when samples are classified in only five different classes. Most errors are explained by limitations in the database; therefore, further work is under way with a more suitable database

Estudi de la configuració magnètica de l'experiment LTP (LISA Technology Package)

La Teoria de la Relativitat General preveu que quan un objecte massiu és sotmès a una certa acceleració en certes condicions ha d’emetre ones gravitacionals. Es tracta d’un tipus d’on altament energètica però que interacciona amb la matèria de manera molt feble i el seu punt d’emissió és força llunyà. Per la qual cosa la seva detecció és una tasca extraordinàriament complicada. Conseqüentment, la detecció d’aquestes ones es creu molt més factible utilitzant instruments situats a l’espai. Amb aquest objectiu, neis la missió LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Es tracta aquesta d’una missió conjunta entre la NASA i l’ESA amb llançament previst per 2020-2025. Per reduir els riscs que comporta una primera utilització de tecnologia no testejada, unit a l’alt cost econòmic de la missió LISA. Aquesta missió contindrà instruments molt avançats: el LTP (LISA Technoplogy Package), desenvolupat per la Unió Europea, que provarà la tecnologia de LISA i el Drag Free flying system, que s’encarregarà de provar una sèrie de propulsors (thrusters) utilitzats per al control d’actitud i posició de satèl•lit amb precisió de nanòmetres. Particularment, el LTP, està composat per dues masses de prova separades per 35 centímetres, i d’un interferòmetre làser que mesura la variació de la distància relativa entre elles. D’aquesta manera, el LTP mesurarà les prestacions dels equips i les possibles interferències que afecten a la mesura. Entre les fonts de soroll es troben, entre d’altres, el vent i pressió de radiació solar, les càrregues electrostàtiques, el gradient tèrmic, les fluctuacions de voltatge o les forces internes. Una de les possibles causes de soroll és aquella que serà l’objecte d’estudi en aquest projecte de tesi doctoral: la presència dintre del LTP de camps magnètics, que exerceixen una força sobre les masses de prova, la seva estimació i el seu control, prenent en compte les caracterírstiques magnètiques de l’experiment i la dinàmica del satèl•lit.

Ecoetiqueta de serveis i aprofitament dels recursos hídrics i energètics als establiments hotelers de Sitges

Aquest projecte té com a objectiu l’estudi de l’estat ambiental dels hotels del municipi de Sitges i l’estudi d’aprofitament dels recursos hídrics i energètics característics d’aquesta zona del Mediterrani per hotels de 4 i 5 estrelles. Sitges és un municipi que al període estival dobla la població, i que amb una superfície de 43,85 Km2 conta amb 35 hotels i apart pensions, hostals i càmpings, per tant, el turisme és l’activitat més important a Sitges. Per desenvolupar aquest projecte s’ha realitzat una enquesta senzilla sobre qualitat ambiental per conèixer el comportament ambiental dels diferents hotels. En aquest estudi han participat 15 dels 35 hotels del municipi, ja que el 49% d’aquests romanen tancats des d’Octubre fins a Març i dels 18 hotels restants 15 han accedit a formar part d’aquest estudi. A través d’una prova pilot s’ha avaluat la implantació del Distintiu de Garantia de Qualitat Ambiental a l’hotel Antemare i a l’hotel Sunway Playa Golf, aquests dos hotels pertanyen a la categoria de quatre estrelles, categoria que reuneix més nombre d’hotels i el tant per cent d’ocupació és major en comparació amb les altres categories. El DGQA és una ecoetiqueta de serveis que atorga la Generalitat de Catalunya a partir de la revisió de l’establiment per mitjà d’un tècnic autoritzat. S’ha analitzat l’aprofitament dels recursos local com, les aigües pluvials i la radiació solar en els hotels de 4 i 5 estrelles per obtenir l’autosuficiència individual dels 9 hotels objecte d’estudi. Els resultats obtinguts en aquest estudi reflecteixen la possibilitat de millorar l’estat ambiental dels establiments hotelers, duent a terme alguns criteris bàsics com, la recollida selectiva i una major implantació d’energies renovables, així com també la utilització d’aquestes per assolir un cert nivell d’autosuficiència energètica i hídrica. La prova pilot mostra que els dos hotels estudiats estan molt a prop d’aconseguir el DGQA, els vectors on s’haurien de fer millores són, informació ambiental, energia, aigua i residus.

Towards closure between measured and modelled UV under clear skies at four diverse sites

The purpose of this work is determine the extent of closure between measurements and models of UV irradiances at diverse sites using state of the art instruments, models, and the best available data as inputs to the models. These include information about aerosol optical depth (unfortunately not extending down as far into the UVB region as desirable because such information is not generally available), ozone column amounts, as well as vertical profiles of temperature. We concentrate on clear-sky irradiances, and report the results in terms of UV Index (UVI)

Using a Parameterization of a Radiative Transfer Model to Build High-Resolution Maps of Typical Clear-Sky UV Index in Catalonia, Spain

To perform a climatic analysis of the annual UV index (UVI) variations in Catalonia, Spain (northeast of the Iberian Peninsula), a new simple parameterization scheme is presented based on a multilayer radiative transfer model. The parameterization performs fast UVI calculations for a wide range of cloudless and snow-free situations and can be applied anywhere. The following parameters are considered: solar zenith angle, total ozone column, altitude, aerosol optical depth, and single-scattering albedo. A sensitivity analysis is presented to justify this choice with special attention to aerosol information. Comparisons with the base model show good agreement, most of all for the most common cases, giving an absolute error within 0.2 in the UVI for a wide range of cases considered. Two tests are done to show the performance of the parameterization against UVI measurements. One uses data from a high-quality spectroradiometer from Lauder, New Zealand [45.04°S, 169.684°E, 370 m above mean sea level (MSL)], where there is a low presence of aerosols. The other uses data from a Robertson–Berger-type meter from Girona, Spain (41.97°N, 2.82°E, 100 m MSL), where there is more aerosol load and where it has been possible to study the effect of aerosol information on the model versus measurement comparison. The parameterization is applied to a climatic analysis of the annual UVI variation in Catalonia, showing the contributions of solar zenith angle, ozone, and aerosols. High-resolution seasonal maps of typical UV index values in Catalonia are presented

Addició al sol

És l'estiu, i probablement moltes persones passin uns dies a la platja realitzant activitats diverses, entre les quals prendre el sol. A la dècada de 1940 es va iniciar la moda de tenir la pell bronzejada, un senyal que inicialment era indicatiu de l'estatus econòmic d'aquella persona que es podia permetre passar uns dies de vacances. Abans, però, era just al contrari, i encara és així en alguns països: la pell blanca es considerava més elegant perquè volia dir que la persona no havia d'estar exposada al sol per guanyar-se la vida. Ara ja no és cap indicatiu d'estatus, però la moda es manté, motiu pel qual a finals de la dècada de 1970 es van desenvolupar els aparells de rajos UVA. La llum solar presenta beneficis indubtables sobre la salut, però també perjudicis evidents, atès que l'exposició al sol incrementa la probabilitat de tenir càncer de pell. Fins fa poc es pensava que bronzejar-se era únicament una moda, però s'ha vist que, a més, els rajos ultraviolats causen addicció. Diversos estudis mostren que fins al 70% dels usuaris habituals dels aparells d'UVA podrien ser-ne addictes. Un treball que s'acaba de publicar a la revista Cell explica l'origen d'aquesta addicció.

Spatial and Temporal Trends in Sunshine Duration over Western Europe

This work analyzes sunshine duration variability in the western part of Europe (WEU) over the 1938– 2004 period. A principal component analysis is applied to cluster the original series from 79 sites into 6 regions, and then annual and seasonal mean series are constructed on regional and also for the whole WEU scales. Over the entire period studied here, the linear trend of annual sunshine duration is found to be nonsignificant. However, annual sunshine duration shows an overall decrease since the 1950s until the early 1980s, followed by a subsequent recovery during the last two decades. This behavior is in good agreement with the dimming and brightening phenomena described in previous literature. From the seasonal analysis, the most remarkable result is the similarity between spring and annual series, although the spring series has a negative trend; and the clear significant increase found for the whole WEU winter series, being especially large since the 1970s. The behavior of the major synoptic patterns for two seasons is investigated, resulting in some indications that sunshine duration evolution may be partially explained by changes in the frequency of some of them

El sol té efectes negatius retardats sobre la pell

PRENDRE EL SOL POT SER UNA ACTIVITAT molt plaent. Tanmateix, la radiació ultraviolada pot esdevenir carcinògena, atesa la seva capacitat d'induir mutacions en l'ADN, motiu pel qual sempre s'ha de prendre amb moderació i utilitzar una crema protectora adequada. Els rajos solars més mutagènics són els ultraviolats de tipus B (UVB), atès que són més energètics. Provoquen mutacions de forma gairebé instantània, de manera que quan deixem de prendre el sol tenim la sensació d'estar protegits. Però un treball publicat a Science demostra que els UVA, que tradicionalment s'han percebut com a menys nocius i per això són els que emeten les làmpades solars per bronzejar-se, també són mutagènics, tot i que actuen de manera diferent dels UVB. La seva capacitat per induir mutacions no és instantània, sinó que perdura fins a tres hores després que hàgim deixat de prendre el sol.

Mutants solars

Des de fa un bon grapat de dècades, un dels costums més generalitzats a l'estiu és prendre el sol i permetre que l'astre rei ens escalfi la pell i la bronzegi. Certament, la llum solar exerceix una influència molt beneficiosa sobre el nostre organisme. D'una banda, el nostre cos la necessita per poder aprofitar determinades vitamines, com la vitamina D. També és molt eficaç en determinats processos dolorosos que afecten els ossos, la musculatura i les articulacions. A més, el sistema nerviós respon a la presència de llum solar produint endorfines, unes hormones que s'assemblen als opioides, les quals contribueixen a produir una sensació de benestar general [...].

Towards closure between measured and modelled UV under clear skies at four diverse sites

The purpose of this work is determine the extent of closure between measurements and models of UV irradiances at diverse sites using state of the art instruments, models, and the best available data as inputs to the models. These include information about aerosol optical depth (unfortunately not extending down as far into the UVB region as desirable because such information is not generally available), ozone column amounts, as well as vertical profiles of temperature. We concentrate on clear-sky irradiances, and report the results in terms of UV Index (UVI)